FII - Clases 0-1

Clases 0 y 1 del curso de Física II en UTN FRBA.

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1. presentación – clase 1 principio cero. temperatura. dilatación térmica. Manuel Carlevaro Física II – Z2154 – UTN FRBA http://carlevaro.com.ar/fisica2/ •  @FisicaII Presentación generada con XƎL ATEX • Licencia cba
2. presentación Motivación para cursar Física II: • Contenidos 2
3. presentación Motivación para cursar Física II: • Contenidos • Forma / Metodología 2
4. presentación Motivación para cursar Física II: • Contenidos • Forma / Metodología • ¡Está en el plan de estudios! 2
5. presentación Información sobre el curso: • Sitio web: http://carlevaro.com.ar/fisica2/ • Calendario de Google: incluido en el sitio web / suscripción • @fisicaII en Twitter • Sitio web oficial UTN - FRBA • Aulas virtuales: http://www.campusvirtual.frba.utn.edu.ar/homogeneo/ (Asignatura: Física) 3
6. presentación Información sobre el curso: • Sitio web: http://carlevaro.com.ar/fisica2/ • Calendario de Google: incluido en el sitio web / suscripción • @fisicaII en Twitter • Sitio web oficial UTN - FRBA • Aulas virtuales: http://www.campusvirtual.frba.utn.edu.ar/homogeneo/ (Asignatura: Física) 3
7. presentación Información sobre el curso: • Sitio web: http://carlevaro.com.ar/fisica2/ • Calendario de Google: incluido en el sitio web / suscripción • @fisicaII en Twitter • Sitio web oficial UTN - FRBA • Aulas virtuales: http://www.campusvirtual.frba.utn.edu.ar/homogeneo/ (Asignatura: Física) 3
8. presentación Información sobre el curso: • Sitio web: http://carlevaro.com.ar/fisica2/ • Calendario de Google: incluido en el sitio web / suscripción • @fisicaII en Twitter • Sitio web oficial UTN - FRBA • Aulas virtuales: http://www.campusvirtual.frba.utn.edu.ar/homogeneo/ (Asignatura: Física) 3
9. presentación Información sobre el curso: • Sitio web: http://carlevaro.com.ar/fisica2/ • Calendario de Google: incluido en el sitio web / suscripción • @fisicaII en Twitter • Sitio web oficial UTN - FRBA • Aulas virtuales: http://www.campusvirtual.frba.utn.edu.ar/homogeneo/ (Asignatura: Física) 3
10. presentación Programa 1 Calor 2 Principios de la Termodinámica 3 Carga y campo eléctrico 4 Potencial eléctrico 5 Capacidad eléctrica y dieléctricos 6 Corriente eléctrica y circuitos de corriente continua 7 Campo magnético 8 Fuentes de campo magnético 9 Inducción magnética 10 Corriente alterna 11 Ecuaciones de Maxwell y ondas electromagnéticas 12 Óptica Física: Interferencia 13 Óptica Física: Difracción 4
11. presentación Programa 1 Calor 2 Principios de la Termodinámica 3 Carga y campo eléctrico 4 Potencial eléctrico 5 Capacidad eléctrica y dieléctricos 6 Corriente eléctrica y circuitos de corriente continua 7 Campo magnético 8 Fuentes de campo magnético 9 Inducción magnética 10 Corriente alterna 11 Ecuaciones de Maxwell y ondas electromagnéticas 12 Óptica Física: Interferencia 13 Óptica Física: Difracción Primer parcial Segundo parcial 4
12. presentación Exámenes: • 2 Parciales / 2 Recuperatorios por parcial • Primer parcial: 5 de julio • Segundo parcial: una semana después de la clase 20 • Recuperatorios: • Primeros recuperatorios: diciembre • Segundos recuperatorios: febrero • Duración: 2 horas • Nota de aprobación: 6 ← NUEVO 2017 5
13. presentación Exámenes: • 2 Parciales / 2 Recuperatorios por parcial • Primer parcial: 5 de julio • Segundo parcial: una semana después de la clase 20 • Recuperatorios: • Primeros recuperatorios: diciembre • Segundos recuperatorios: febrero • Duración: 2 horas • Nota de aprobación: 6 ← NUEVO 2017 Condición de Alumno Regular 1. Aprobar ambos parciales/recuperatorios 2. Aprobar los TPs (fechas a confirmar) 3. Asistencia 5
14. presentación Promoción ← NUEVO 2017 Condiciones para promocionar: • 8 o más en cada parcial / 1er recuperatorio • 8 en un parcial, 6 o 7 en el otro → Prueba complementaria (1er recuperatorio) • TPs aprobados • Asistencia 6
15. presentación Bibliografía: F. W. Sears, M. W. Zemansky, H. D. Young, R. A. Freedman Física Universitaria con Física Moderna, vol. 1 y 2. Pearson Educación, undécima edición. México, 2005. P. A. Tipler, G. Mosca Física para la ciencia y la tecnología, vol. 1 y 2. Reverté, 5ta Edición. España, 2005. F. W. Sears y M. W. Zemansky Física General. Aguilar S. A. de Ediciones, Madrid, 1975. Resnick y D. Halliday Física, partes 1 y 2. Companía Editorial Continental S. A. , Mexico, 1986. Guías de problemas: • Guía de Problemas - 2003 - BF1CP10 • Guía de Problemas de Calor y Termodinámica, Corriente Alterna, Óptica Ondulatoria - 2006 - BF1CP11 • Guías “nuevas”(Sección Recursos y web de la UDB Física) 7
16. sugerencias • Dedicación: es preferible calidad a cantidad en tiempo de estudio. • Tomar notas a mano: es un compromiso activo, ayuda a la transferencia de información de la memoria de corto plazo a la de largo plazo. • Resolver problemas: a) estudiar el libro, b) trabajar el problema sin mirar “ayudas”, c) comparar el enfoque (no solo la respuesta) con el libro. Lo importante es el método, no el resultado final. • Trabajar en grupo: Resolver problemas, discutir planteos, comparar resultados. El aprendizaje es una actividad solitaria, pero puede ser mejorada por el trabajo en grupo. • Seguir el ritmo: fundamental en cursos cuatrimestrales/anuales. 8
17. sugerencias • Dedicación: es preferible calidad a cantidad en tiempo de estudio. • Tomar notas a mano: es un compromiso activo, ayuda a la transferencia de información de la memoria de corto plazo a la de largo plazo. • Resolver problemas: a) estudiar el libro, b) trabajar el problema sin mirar “ayudas”, c) comparar el enfoque (no solo la respuesta) con el libro. Lo importante es el método, no el resultado final. • Trabajar en grupo: Resolver problemas, discutir planteos, comparar resultados. El aprendizaje es una actividad solitaria, pero puede ser mejorada por el trabajo en grupo. • Seguir el ritmo: fundamental en cursos cuatrimestrales/anuales. 8
18. sugerencias • Dedicación: es preferible calidad a cantidad en tiempo de estudio. • Tomar notas a mano: es un compromiso activo, ayuda a la transferencia de información de la memoria de corto plazo a la de largo plazo. • Resolver problemas: a) estudiar el libro, b) trabajar el problema sin mirar “ayudas”, c) comparar el enfoque (no solo la respuesta) con el libro. Lo importante es el método, no el resultado final. • Trabajar en grupo: Resolver problemas, discutir planteos, comparar resultados. El aprendizaje es una actividad solitaria, pero puede ser mejorada por el trabajo en grupo. • Seguir el ritmo: fundamental en cursos cuatrimestrales/anuales. 8
19. sugerencias • Dedicación: es preferible calidad a cantidad en tiempo de estudio. • Tomar notas a mano: es un compromiso activo, ayuda a la transferencia de información de la memoria de corto plazo a la de largo plazo. • Resolver problemas: a) estudiar el libro, b) trabajar el problema sin mirar “ayudas”, c) comparar el enfoque (no solo la respuesta) con el libro. Lo importante es el método, no el resultado final. • Trabajar en grupo: Resolver problemas, discutir planteos, comparar resultados. El aprendizaje es una actividad solitaria, pero puede ser mejorada por el trabajo en grupo. • Seguir el ritmo: fundamental en cursos cuatrimestrales/anuales. 8
20. sugerencias • Dedicación: es preferible calidad a cantidad en tiempo de estudio. • Tomar notas a mano: es un compromiso activo, ayuda a la transferencia de información de la memoria de corto plazo a la de largo plazo. • Resolver problemas: a) estudiar el libro, b) trabajar el problema sin mirar “ayudas”, c) comparar el enfoque (no solo la respuesta) con el libro. Lo importante es el método, no el resultado final. • Trabajar en grupo: Resolver problemas, discutir planteos, comparar resultados. El aprendizaje es una actividad solitaria, pero puede ser mejorada por el trabajo en grupo. • Seguir el ritmo: fundamental en cursos cuatrimestrales/anuales. 8
21. ¿Preguntas? 8
22. sistemas termodinámicos Sistema Medio ambiente Límite del sistema Sistema Cantidad de materia o región del espacio elegida para estudio: • Cerrado: No hay intercambio de masa con el medio ambiente. • Aislado: No hay intercambio de energía con el medio ambiente. • Abierto: Hay intercambio de masa/energía con el medio ambiente. 9
23. sistemas termodinámicos Sistema Medio ambiente Límite del sistema Sistema Cantidad de materia o región del espacio elegida para estudio: • Cerrado: No hay intercambio de masa con el medio ambiente. • Aislado: No hay intercambio de energía con el medio ambiente. • Abierto: Hay intercambio de masa/energía con el medio ambiente. 9
24. sistemas termodinámicos Enfoque macroscópico Enfoque microscópico Termodinámica Mecánica Estadística 10
25. propiedades termodinámicas Propiedad de un sistema es alguna característica que permite describir el comportamiento del mismo. Tiene un único valor cuando el sistema está en un estado particular, y no depende de los estados previos por los que pasó el sistema. Ejemplos: • Presión (p) • Temperatura (T) • Volumen (V ) • masa (m) • Viscosidad • Conductividad térmica • Módulo de elasticidad • Coeficiente de expansión térmica • Resistividad eléctrica • Velocidad • Altura • etc. 11
26. propiedades termodinámicas Propiedades • Intensivas: Independientes de la tamaño del sistema (T, p, ρ) • Extensivas: Dependen de la masa o tamaño del sistema (m, V ) • Específicas: Propiedades extensivas por unidad de masa (v = V/m) 12
27. temperatura y equilibrio térmico Hierro 90°C Cobre 90°C Hierro 150°C Cobre 20°C Flujo de calor desde el cuerpo más caliente al más frío. La transferencia se detiene cuando alcanzan la misma temperatura. 13
28. temperatura y equilibrio térmico Hierro 90°C Cobre 90°C Hierro 150°C Cobre 20°C Flujo de calor desde el cuerpo más caliente al más frío. La transferencia se detiene cuando alcanzan la misma temperatura. Equilibrio térmico Dos sistemas están en equilibrio térmico si y solo si tienen la misma temperatura. 13
29. principio cero de la termodinámica Sistema A Sistema B Sistema C Aislante Conductor TA = TC y TB = TC 14
30. principio cero de la termodinámica Sistema A Sistema B Sistema C Aislante Conductor TA = TC y TB = TC Sistema A Sistema C Aislante Conductor Sistema B 14
31. principio cero de la termodinámica Sistema A Sistema B Sistema C Aislante Conductor TA = TC y TB = TC Sistema A Sistema C Aislante Conductor Sistema B TA = TB 14
32. principio cero de la termodinámica Sistema A Sistema B Sistema C Aislante Conductor TA = TC y TB = TC Sistema A Sistema C Aislante Conductor Sistema B TA = TB Principio Cero de la Termodinámica Si A y B están, separadamente, en equilibrio térmico con un tercer cuerpo C, entonces A y B están en equilibrio térmico entre sí. C puede funcionar como termómetro. 14
33. propiedades termométricas Pared delgada de vidrio Tubo capilar Líquido (Hg) Altura de Hg (L) Manómetro Botella de gas a volumen constante Presión del gas (p) Resistencia eléctrica (R) 15
34. termómetros Medida de la temperatura: T(X) = aX, X: propiedad termométrica 16
35. termómetros Medida de la temperatura: T(X) = aX, X: propiedad termométrica T(X1) T(X2) = X1 X2 16
36. termómetros Medida de la temperatura: T(X) = aX, X: propiedad termométrica T(X1) T(X2) = X1 X2 Punto fijo patrón → Punto triple del agua: 273,16 K T(X) T(Xtr) = X Xtr 16
37. termómetros Medida de la temperatura: T(X) = aX, X: propiedad termométrica T(X1) T(X2) = X1 X2 Punto fijo patrón → Punto triple del agua: 273,16 K T(X) T(Xtr) = X Xtr Para todos los termómetros: T(Xtr) = 273,16 K T(X) = 273,16 K X Xtr 16
38. termómetros Ejemplo: Cierto termómetro de resistor de platino tiene una resistencia R de 90,35 Ω cuando el bulbo se coloca en una celda de punto triple de agua. ¿Cuál será la temperatura que indicará el termómetro si el bulbo se coloca en un medio ambiente tal que su resistencia eléctrica es de 96,28 Ω? 17
39. termómetros Ejemplo: Cierto termómetro de resistor de platino tiene una resistencia R de 90,35 Ω cuando el bulbo se coloca en una celda de punto triple de agua. ¿Cuál será la temperatura que indicará el termómetro si el bulbo se coloca en un medio ambiente tal que su resistencia eléctrica es de 96,28 Ω? T(X) = 273,16 K X Xtr = 273,16 K 96,28 90,35 = 291,1 K 17
40. termómetro de gas a volumen constante 18
41. termómetro de gas a volumen constante T(P) = 273,16 K P Ptr 18
42. termómetro de gas a volumen constante R. Resnick, D. Halliday y K. Krane. Física Vol. 1. Compañia Editorial Continental, México (2001). 19
43. termómetro de gas a volumen constante R. Resnick, D. Halliday y K. Krane. Física Vol. 1. Compañia Editorial Continental, México (2001). Escala de temperaturas del gas ideal: T(P) = 273,16 K l´ ım Ptr→0 P Ptr 19
44. escalas de temperatura °C K °F R 273,16 0 ‒273,15 32,02 ‒459,67 0 491,69 Punto triple del agua Cero absoluto 0,01 20
45. escalas de temperatura °C K °F R 273,16 0 ‒273,15 32,02 ‒459,67 0 491,69 Punto triple del agua Cero absoluto 0,01 Kelvin ⇌ Celsius K = C + 273,15 C = K − 273,15 Celsius ⇌ Farenheit C = 5 9(F − 32) F = 9 5C + 32 Rankine ⇌ Farenheit R = F + 459,67 F = R − 459,67 20
46. dilatación térmica Distancia promedio entre átomos Amplitud de vibración ≈ 10−9 cm Frecuencia de vibración ≈ 1013 Hz 21
47. dilatación térmica Dilatación lineal: ∆L = α L0 ∆T 22
48. dilatación térmica Dilatación lineal: ∆L = α L0 ∆T Dilatación superficial: ∆S = 2 α S0 ∆T 22
49. dilatación térmica Dilatación lineal: ∆L = α L0 ∆T Dilatación superficial: ∆S = 2 α S0 ∆T Dilatación volumétrica: ∆V = 3 α V0 ∆T = β V0 ∆T Ejemplo: video. 22
50. dilatación térmica Dilatación lineal: ∆L = α L0 ∆T Dilatación superficial: ∆S = 2 α S0 ∆T Dilatación volumétrica: ∆V = 3 α V0 ∆T = β V0 ∆T Ejemplo: video. Esfuerzo de tensión/compresión: F A = Y α ∆T Y : módulo de Young. 22
51. dilatación térmica Ejemplo: Los remaches de aluminio que se utilizan en la construcción de aviones se fabrican ligeramente más grandes que los orificios en los que se colocan, y se enfrían con “hielo seco” (CO2 sólido) antes de colocarlos. Si el diámetro del orificio es 4,50 mm, ¿cuál debería ser el diámetro del remache a 23,0 °C, si su diámetro es igual al del orificio cuando el remache se enfría a −78,9 °C, la temperatura del hielo seco? α = 2,4 × 10−5 °C −1. 23
52. dilatación térmica Ejemplo: Los remaches de aluminio que se utilizan en la construcción de aviones se fabrican ligeramente más grandes que los orificios en los que se colocan, y se enfrían con “hielo seco” (CO2 sólido) antes de colocarlos. Si el diámetro del orificio es 4,50 mm, ¿cuál debería ser el diámetro del remache a 23,0 °C, si su diámetro es igual al del orificio cuando el remache se enfría a −78,9 °C, la temperatura del hielo seco? α = 2,4 × 10−5 °C −1. Sea d0 el diámetro a −78,9 °C y d el diámetro a 23,0 °C. d = d0 + ∆d = d0 (1 + α ∆T) = (0,45 cm)(1 + 2,4 × 10−5 Y−1 [23,0 Y− (−78,9 Y)]) = 0,4511 cm = 4,511 mm 23
53. problemas y lecturas sugeridas Problemas: • BF1CP11: Problemas 1 – 5 y 7 • Guía de termodinámica: Problemas 37 –40 Lecturas sugeridas: R. Resnick y D. Halliday Física, parte 1 Companía Editorial Continental S. A. , Mexico, 1986. Capítulo 21 F. W. Sears y M. W. Zemansky Física General Aguilar S. A. de Ediciones, Madrid, 1975. Capítulo 15 M. Zemansky y R. Dittman Calor y Termodinámica McGraw-Hill, Mexico, 1985. Capítulo 1 24