La conducción: transferencia de calor a través de un objeto sólido, es lo que hace que el asa de un atizador se caliente aunque sólo la punta esté en el fuego. La convección transfiere calor por el intercambio de moléculas frías y calientes: causa de que el agua de una tetera se caliente uniformemente. La radiación es la transferencia de calor por radiación electromagnética: mecanismo por el que un fuego calienta la habitación.
Sistema Termodinámico
Un sistema termodinámico es un sistema macroscópico, es decir, un sistema cuyo detalle de sus características microscópicas (comprendida la posición y la velocidad de las partículas en cada instante) es inaccesible y donde sólo son accesibles sus características estadísticas.
Estado de un Sistema y sus Transformaciones
La palabra estado representa la totalidad de las propiedades macroscópicas asociadas con un sistema… Cualquier sistema que muestre un conjunto de variables identificables tiene un estado termodinámico, ya sea que esté o no en equilibrio.
Transformación: estado inicial y estado final, transformación infinitesimal
Ocurre una transformación en el sistema si cambia de valor una variable de estado del sistema a lo largo del tiempo. Si el estado inicial es distinto del estado final, la transformación es abierta. Si los estados inicial y final son iguales, la transformación es cerrada. Si el estado final es muy próximo al estado inicial, la transformación es infinitesimal.
Cualquier transformación puede realizarse por muy diversas maneras. El interés de la termodinámica se centra en los estados inicial y final de las transformaciones, independientemente del camino seguido.]
Equilibrio Termodinámico
Las propiedades termodinámicas de un sistema vienen dadas por los atributos físicos macroscópicos observables del sistema, mediante la observación directa o mediante algún instrumento de medida.
Un sistema está en equilibrio termodinámico cuando no se observa ningún cambio en sus propiedades termodinámicas a lo largo del tiempo.
[Los estados de equilibrio son, por definición, estados independientes del tiempo.
[El estado de equilibrio termodinámico se caracteriza por la anulación por compensación de flujos de intercambio y la homogeneidad espacial de los parámetros que caracterizan el sistema que ya no dependen del tiempo.
Un estado de no equilibrio es un estado con intercambios netos de masa o energía y sus parámetros característicos dependen en general de la posición y del tiempo. Si no dependen de este último, necesitan la intervención del entorno para mantener sus valores (estado estacionario fuera del equilibrio).
Maquina Térmica
Una maquina térmica se puede definir como un dispositivo que funciona en un ciclo termodinámico y que realiza cierta cantidad de trabajo neto positivo a través de la transferencia de calor desde un cuerpo a temperatura elevada y hacia un cuerpo a baja temperatura. Con frecuencia el termino maquina térmica se utiliza en un sentido más amplio que incluye a todos los dispositivos que producen trabajo. Entre las que tenemos las maquinas refrigerantes y las bombas de calor. El mejor ejemplo de estas maquinas térmicas son los refrigeradores y bombas de calor que tienen como fin enfriar o calentar un entorno.
Ciclo de Carnot
Es un ciclo reversible (presión en función del volumen) que si bien tiene sus limites en la capacidad que posee un sistema en convertir calor en trabajo, es utilizado en máquinas que usan vapor o una mezcla de combustible (con aire u oxígeno).
Características del Ciclo de Carnot
– El ciclo de Carnot utiliza dos fuentes una de Baja temperatura y otra a Alta temperatura las cuales sin importar la cantidad de calor que se transfiera permanecen constantes.
– Todos los procesos del ciclo de Carnot son reversibles y por ser así todo el ciclo se podría invertir.
– El fluido de trabajo de una maquina térmica en el ciclo de Carnot debe tener una temperatura infinitesimalmente mayor que la fuente de alta temperatura y temperatura infinitesimalmente inferior que la fuente de baja temperatura e el caso de un refrigerador.
Operaciones realizadas por el Ciclo de Carnot
– La transformación (AB) es un proceso de vaporización en la caldera, recibiendo el fluido el calor Q1
– La transformación (BH) se corresponde con la expansión adiabática en el cilindro o en la turbina
– La transformación (HJ) es la operación de condensación, (que se realiza en el condensador), según la cual se cede un calor Q2 al medio exterior, y que se interrumpe en el punto J a partir del cual el vapor, con un cierto grado de humedad, se comprime adiabáticamente según la transformación (JA), para volver a su estado inicial a la entrada de la caldera.
ONDAS MENCANICAS
Las ondas mecánicas necesitan un médio (sólido, líquido o gaseoso) para propagarse. En este caso, las partículas del medio oscilan alrededor de un punto fijo sin desplazarse, sin que haya transporte de la materia que constituye el medio; como en el caso de una alfombra o un látigo cuyo extremo se sacude, la alfombra no se desplaza, sin embargo una onda se propaga a su través.
Definición
En una onda es preciso distinguir entre dos tipos de movimiento, el de la propagación de la onda a través del medio (sin movimiento de materia) y el de oscilación de las partículas del medio al paso de la onda, alrededor de su posición de equilibrio. De esta forma, podemos tener dos tipos de ondas:
– Ondas longitudinales, en las que las partículas oscilan paralelamente a la dirección de propagación de la onda (el caso del sonido)
– Ondas transversales, en las que las partículas oscilan perpendicularmente a la dirección de propagación (como en el caso de las ondas generadas en un estanque cuando se arroja un objeto)
Onda mecánica que se propaga a través de un medio elástico o deformable.
Efecto DOPPLER
Cuando la fuente de ondas y el observador están en movimiento relativo con respecto al Medio material en el cual la onda se propaga, la frecuencia de las ondas observadas es diferente de la frecuencia de las ondas emitidas por la fuente. Este fenómeno recibe el nombre de efecto Doppler.
Deducción de la Formula del Efecto Doppler
A partir de la observación del movimiento del emisor, del observador y de los sucesivos frentes de onda, vamos a obtener la fórmula que describe el efecto Doppler..
En la parte superior de la figura, tenemos dos señales, que pueden corresponder a dos picos consecutivos de una onda armónica, separados un periodo P. En la parte inferior, los dos puntos coloreados representan las posiciones del emisor (en rojo) y del observador (en azul). En el instante inicial t=0 en el que se emite la primera señal, el emisor y el observador están separados una distancia d desconocida, que no afecta al fenómeno en cuestión
La primera señal es recibida por el observador en el instante t. La señal se desplaza el camino marcado en trazo grueso negro en la parte superior de la figura, desde que se emite hasta que se recibe, podemos por tanto, escribir la ecuación
vs·t=d+vO·t
La segunda señal se emite en el instante P, y se recibe en el instante t’. En el intervalo de tiempo entre la primera y la segunda señal, el emisor se desplaza vEP. La segunda señal recorre desde que se emite hasta que se recibe, el camino señalado en trazo grueso negro en la parte inferior de la figura. Por tanto, podemos escribir la ecuación
d-vE·P+vO·t’=vs·(t’-P)
Eliminando la cantidad desconocida d entre las dos ecuaciones, relacionamos el periodo P’=t’-t, de las ondas recibidas, con el periodo P de las ondas emitidas
Teniendo en cuenta que la frecuencia es la inversa del periodo, obtenemos la relación entre frecuencias, o fórmula del efecto Doppler.
Ejercicio
Un silbato emite sonido de frecuencia 500 Hz se mueve con una máquina de tren a velocidad de 90 km/h. Un conductor se mueve en la misma dirección pero en sentido contrario en un vehículo con una velocidad de 144 km/h acercándose al tren. Calcular la frecuencia del sonido escuchado por el conductor
Vg = 25 m/sVs = 340 m/sVo = -40 m/s
La frecuencia del sonido escuchado es f '= 603 Hz
Vg = -25 m/sVs = -340 m/sSo = 40 m/s
La frecuencia del sonido escuchado es f ' =603 Hz
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