jueves, 12 de marzo de 2015

PROCESO ISOCÓRICO

Un proceso isocórico, también llamado proceso isométrico o isovolumétrico es un proceso termodinámico en el cual el volumen permanece constante; ΔV = 0. Esto implica que el proceso no realiza trabajo presión-volumen, ya que éste se define como:
ΔW = PΔV,
donde P es la presión (el trabajo es positivo, ya que es ejercido por el sistema).
Aplicando la primera ley de la termodinámica, podemos deducir que Q, el cambio de la energía interna del sistema es:
Q = ΔU




para un proceso isocórico: es decir, todo el calor que transfiramos al sistema quedará a su energía interna, U. Si la cantidad de gas permanece constante, entonces el incremento de energía será proporcional al incremento de temperatura,

Q = nCVΔT

donde CV es el calor específico molar a volumen constante.

En un diagrama P-V, un proceso isocórico aparece como una línea vertical. Desde el punto de vista de la termodinámica, estas transformaciones deben transcurrir desde un estado de equilibrio inicial a otro final; es decir, que las magnitudes que sufren una variación al pasar de un estado a otro deben estar perfectamente definidas en dichos estados inicial y final. De esta forma los procesos termodinámicos pueden ser interpretados como el resultado de la interacción de un sistema con otro tras ser eliminada alguna ligadura entre ellos, de forma que finalmente los sistemas se encuentren en equilibrio (mecánico, térmico y/o material) entre si.

De una manera menos abstracta, un proceso termodinámico puede ser visto como los cambios de un sistema, desde unas condiciones iniciales hasta otras condiciones finales, debidos a la desestabilización del sistema.


Ejemplo:

¿Cuando se incrementa la energia interna de 10g de hielo que esta a cero grados centigrados cuando se transforma en agua manteniendo el volumen constante?




como el proceso es isocorico, ya que no cambia el volumen, entonces w=0 y de acuerdo con la primera ley de la termodinámica la cantidad de calor ganado por el hielo es igual al cambio en su energia interna, es decir: Q= ΔU . Ahora bien, el calor de fusion del hielo es Q=mLf. en donde Lf=80cal/g.

sustituimos valores en la relación anterior:
   Q=(10g)(80cal/g)=800cal

por tanto, el cambio en la energía interna es:
   ΔU=Q=800cal 4.19J/1cal=3352J



PROCESO ISOBÁRICO

Un proceso isobárico es un proceso termodinámico que ocurre a presión constante. En él, el calor transferido a presión constante está relacionado con el resto de variables mediante:

Donde:
  Q = Calor transferido.
  U = Energía Interna.
  P = Presión.
  V = Volumen.
En un diagrama P-V, un proceso isobárico aparece como una línea horizontal.



Un ejemplo de un proceso isobárico es la ebullición del agua en un recipiente abierto. Como el contenedor está abierto, el proceso se efectúa a presión atmosférica constante. En el punto de ebullición, la temperatura del agua no aumenta con la adición de calor, en lugar de esto, hay un cambio de fase de agua a vapor.





PROCESO DIATERMICO

·         Un proceso diatérmico quiere decir que deja pasar el calor fácilmente.
·         Una interacción térmica es cualquier otro tipo de intercambio de energía. En este caso la pared se denomina diatérmica.
·         Diatérmico también puede entenderse por isotérmico , significa que no hay cambio de temperatura debido a una pared diatérmica que aísla el sistema del medio ambiente
·         En cuanto diatérmicos se refieren a que el sistema tiene un intercambio de energía con los alrededores, un ejemplo, nosotros, los seres humanos, somos sistemas diatérmicos, ya que estamos intercambiando energía con nuestro ambiente
·         Una pared diatérmica es aquella que permite la transferencia de energía térmica (calor) pero, sin que haya transferencia de masa. El opuesto es una pared adiabática que es la que impide la transferencia de energía en forma de calor. 
·         Cualquier superficie real es una superficie diatérmica, por ejemplo, un vaso, los    muros de una casa, etc., todos en mayor o menor grado permiten la transferencia de calor.




Proceso adiabático

En termodinámica se designa como proceso adiabático a aquél en el cual el sistema (generalmente, un fluido que realiza un trabajo) no intercambia calor con su entorno. Un proceso adiabático que es además reversible se conoce como proceso isoentrópico. El extremo opuesto, en el que tiene lugar la máxima transferencia de calor, causando que la temperatura permanezca constante, se denomina proceso isotérmico.
El término adiabático hace referencia a elementos que impiden la transferencia de calor con el entorno. Una pared aislada se aproxima bastante a un límite adiabático. Otro ejemplo es la temperatura adiabática de llama, que es la temperatura que podría alcanzar una llama si no hubiera pérdida de calor hacia el entorno. En climatización los procesos de humectación (aporte de vapor de agua) son adiabáticos, puesto que no hay transferencia de calor, a pesar que se consiga variar la temperatura del aire y su humedad relativa.
El calentamiento y enfriamiento adiabático son procesos que comúnmente ocurren debido al cambio en la presión de un gas. Esto puede ser cuantificado usando la ley de los gases ideales.
En otras palabras se considera proceso adiabático a un sistema especial en el cual no se pierde ni tampoco se gana energía calorífica. Esto viene definido según la primera ley de termodinámica describiendo que Q=0
Si se relaciona el tema del proceso adiabático con las ondas, se debe tener en cuenta que el proceso o carácter adiabático solo se produce en las ondas longitudinales

Formulación matemática[editar]


Durante un proceso adiabático, la energía interna del fluido que realiza el trabajo debe necesariamente decrecer.

Esquema de una expansión adiabática.
La ecuación matemática que describe un proceso adiabático en un gas (si el proceso es reversible) es
P V^{\gamma} = \operatorname{constante} \qquad
donde P es la presión del gas, V su volumen y
\gamma = {C_{P} \over C_{V}}
el coeficiente adiabático, siendo  C_{P}  el calor específico molar a presión constante y  C_{V}  el calor específico molar a volumen constante. Para un gas monoatómico ideal,  \gamma = 5/3 . Para un gas diatómico (como el nitrógeno o el oxígeno, los principales componentes del aire)  \gamma = 7/5 = 1,4

Derivación de la fórmula[editar]

La definición de un proceso adiabático es que la transferencia de calor del sistema es cero,  Q=0 .
Por lo que de acuerdo con el primer principio de la termodinámica,
\Delta U + W = 0 \qquad \qquad \qquad (1)
donde U es la energía interna del sistema y W es el trabajo realizado por el sistema. Cualquier trabajo (W) realizado debe ser realizado a expensas de la energía U, mientras que no haya sido suministrado calor Q desde el exterior. El trabajo W realizado por el sistema se define como
W = P \Delta V \qquad \qquad \qquad (2)
Sin embargo, P no permanece constante durante el proceso adiabático sino que por el contrario cambia junto con V.
en la fórmula:
P V^{\gamma} = \operatorname{K} \qquad
hacemos un pequeño cambio entonces quedaría así:
P=K/V^{\gamma}\qquad  ......(1)
Ahora derivando la fórmula de del trabajo e integrandola a la vez tenemos :
\int_{1}^{2} \, dW = \int_{1}^{2} \, PdV \qquad  .....(2)
Ahora reemplazamos la (2) en la (1) :
\int_{1}^{2} \, K/{V^{\gamma}}dV\qquad
Ahora sabemos que "K" es una constante , por lo cual esta sale de la integral:
K\int_{1}^{2} \, 1/{V^{\gamma}}dV\qquad
luego vemos que nos queda todo en funcion del volumen entonces lo integramos:
(KV^{1-{\gamma}})/(1-{\gamma}) \qquad
como sabemos que :
P V^{\gamma} = \operatorname{K} \qquad
entonces reemplazamos en la ecuación:
PV^{\gamma}(V^{1-{\gamma}})_{1}^{2}/(1-{\gamma})
y multiplicamos :
(P_{2}V^{\gamma}_{2}V^{1-{\gamma}}_{2} - P_{1}V^{\gamma}_{1}V^{1-{\gamma}}_{1})/(1-{\gamma})
luego de resolver la ecuación nos quedará esta forma:
[P_{2}*V_{2}-P_{1}*V_{1}]/(1-{\gamma})\qquad
y por definición nos quedaría :
 \Delta (P V)/(1-{\gamma})
que al final nos dará:
nRT/(1-{\gamma})
y esto será igual al trabajo :
\ W =(P_{2}*V_{2}-P_{1}*V_{1})/(1-{\gamma}) =nRT/(1-{\gamma})\qquad

también podemos tener una variante :
Deseamos conocer cómo los valores de  \Delta P  y  \Delta V  se relacionan entre sí durante el proceso adiabático. Para ello asumiremos que el sistema es un gas monoatómico, por lo que
C_{V} = {3 \over 2} R
Dado  \Delta P  y  \Delta V  entonces  W = P \Delta V  y
\Delta U = {3 \over 2} n R \Delta T = {3 \over 2} \Delta (P V) = {3 \over 2} (P \Delta V + V \Delta P) \qquad (3)
Ahora sustituyendo las ecuaciones (2) y (3) en la ecuación (1) obtenemos
-P \Delta V = {3 \over 2} P \Delta V + {3 \over 2} V \Delta P
simplificando
- {5 \over 2} P \Delta V = {3 \over 2} V \Delta P
dividiendo ambos lados de la igualdad entre PV
-5 {\Delta V \over V} = 3 {\Delta P \over P}
Aplicando las normas del cálculo diferencial obtenemos que
-5 \Delta (\operatorname{ln} V) = 3 \Delta (\operatorname{ln} P)
que se puede expresar como
{\operatorname{ln} P - \operatorname{ln} P_0 \over \operatorname{ln} V - \operatorname{ln} V_0 } = -{5 \over 3}
Para ciertas constantes  P_0  y  V_0  del estado inicial. Entonces
{\operatorname{ln} (P/P_0) \over \operatorname{ln} (V/V_0)} = -{5 \over 3},
\operatorname{ln} \left( {P \over P_0} \right) = \operatorname{ln} \left( {V \over V_0} \right)*{-5/3}
elevando al exponente ambos lados de la igualdad
\left( {P \over P_0} \right) = \left( {V \over V_0} \right)^{-5/3}
eliminando el signo menos
\left( {P \over P_0} \right) = \left( {V_0 \over V} \right)^{5/3}
por lo tanto
\left( {P \over P_0} \right) \left( {V \over V_0} \right)^{5/3} = 1
y
P V^{5/3} = P_0 V_0^{5/3} = P_0 V_0^{\gamma} = \operatorname{constante}.


PROCESO ISOTÉRMICO

Se denomina proceso isotérmico o proceso isotermo al cambio de temperatura reversible en un sistema termodinámico, siendo dicho cambio de temperatura constante en todo el sistema. La compresión o expansión de un gas ideal en contacto permanente con un termostato es un ejemplo de proceso isotermo, y puede llevarse a cabo colocando el gas en contacto térmico con otro sistema de capacidad calorífica muy grande y a la misma temperatura que el gas; este otro sistema se conoce como foco caliente. De esta manera, el calor se transfiere muy lentamente, permitiendo que el gas se expanda realizando trabajo. Como la energía interna de un gas ideal sólo depende de la temperatura y ésta permanece constante en la expansión isoterma, el calor tomado del foco es igual al trabajo realizado por el gas: Q = W.
Una curva isoterma es una línea que sobre un diagrama representa los valores sucesivos de las diversas variables de un sistema en un proceso isotermo. Las isotermas de un gas ideal en un diagrama P-V, llamado diagrama de Clapeyron, son hipérbolas equiláteras, cuya ecuación es P•V = constante.


Ondas Transversales

En las ondas transversales, el desplazamiento del medio es perpendicular a la dirección de propagación de la onda. Una ola en un estanque y una onda en una cuerda son ondas transversales que se visualizan facilmente.
Las ondas transversales no se pueden propagar en un gas o en un líquido, puesto que no hay mecanismo para impulsar el movimiento perpendicular a la propagación de la onda.


Ondas Longitudinales

En las ondas longitudinales, el desplazamiento del medio es paralelo a la propagación de la onda. Una onda en un "slinky" (muelle en espiral), es un buen ejemplo de visualización. Lasondas sonoras en el aire son ondas longitudinales.






Sonido


Transmisión del sonido en un fluido. Se produce una onda de presión por compresión, que hace que el resto de las partículas se compriman entre ellas.

Un tambor produce un sonido debido a la vibración de una membrana tensa sobre una caja de resonancia.

Un Micrófono Sennheiser.
El sonido (del latín sonĭtus, por analogía prosódica con ruido, chirrido, rugido, etcétera), en física, es cualquier fenómeno que involucre la propagación en forma de ondas elásticas (sean audibles o no), generalmente a través de un fluido (u otro medio elástico) que esté generando el movimiento vibratorio de un cuerpo.
El sonido humanamente audible consiste en ondas sonoras que se producen cuando las oscilaciones de la presión del aire, son convertidas en ondas mecánicas en el oído humano y percibidas por el cerebro. La propagación del sonido es similar en los fluidos, donde el sonido toma la forma de fluctuaciones de presión.1 En los cuerpos sólidos la propagación del sonido involucra variaciones del estado tensional del medio.
Representación esquemática del oído, propagación del sonido. Azul: ondas sonoras. Rojo:tímpano. Amarillo: Cóclea. Verde: células de receptores auditivos. Púrpura: espectro de frecuenciade respuesta del oído. Naranja: impulso del nervio.
La propagación del sonido involucra transporte de energía sin transporte de materia, en forma de ondas mecánicas que se propagan a través de un medio elástico sólido,líquido o gaseoso. Entre los más comunes se encuentran el aire y el agua. No se propagan en el vacío, al contrario que las ondas electromagnéticas. Si las vibraciones se producen en la misma dirección en la que se propaga el sonido, se trata de una onda longitudinal y si las vibraciones son perpendiculares a la dirección de propagación es una onda transversal.
La fonética acústica concentra su interés especialmente en los sonidos del habla: cómo se generan, cómo se perciben, y cómo se pueden describir gráfica o cuantitativamente.

Física del sonido[editar]

La física del sonido es estudiada por la acústica, que trata tanto de la propagación de las ondas sonoras en los diferentes tipos de medios continuos como la interacción de estas ondas sonoras con los cuerpos físicos.
onda sinusoidal; Variación de frecuencia; Abajo podemos ver las frecuencias más altas. El eje horizontal representa el tiempo.

Propagación del sonido[editar]

Artículo principal: Propagación del sonido
Ciertas características de los fluidos y de los sólidos influyen en la onda de sonido. Es por eso que el sonido se propaga en los sólidos y en los líquidos con mayor rapidez que en los gases. En general cuanto mayor sea la compresibilidad (1/K) del medio tanto menor es la velocidad del sonido. También la densidad es un factor importante en la velocidad de propagación, en general cuanto menor sea la densidad (ρ), a igualdad de todo lo demás, mayor es la velocidad de la propagación del sonido. La velocidad del sonido se relaciona con esas magnitudes mediante:
v \varpropto \sqrt{\frac{K}{\rho}}
En los gases, la temperatura influye tanto la compresibilidad como la densidad, de tal manera que el factor de importancia suele ser la calentura actual
La propagación del sonido está sujeta a algunos condicionales. Así la transmisión de sonido requiere la existencia de un medio material donde la vibración de las moléculas es percibida como una onda sonora. En la propagación en medios compresibles como el aire, la propagación implica que en algunas zonas las moléculas de aire, al vibrar se juntan (zonas de compresión) y en otras zonas se alejan (zonas de rarefacción), esta alteración de distancias entre las moléculas de aire es lo que produce el sonido. En fluidos altamente incompresibles como los líquidos las distancias se ven muy poco afectadas pero se manifiesta en forma de ondas de presión. La velocidad de propagación de las ondas sonoras en un medio depende de la distancia promedio entre las partículas de dicho medio, por tanto, es en general mayor en los sólidos que en los líquidos y en estos, a su vez, que en los gases. En el vacío no puede propagarse el sonido, nótese que por tanto las explosiones realmente no son audibles en el espacio exterior.
Las ondas sonoras se producen cuando un cuerpo vibra rápidamente. La frecuencia es el número de vibraciones u oscilaciones completas que efectúan por segundo. Los sonidos producidos son audibles por un ser humano promedio si la frecuencia de oscilación está comprendida entre 20 Hz y 20000 Hz. Por encima de esta última frecuencia se tiene un ultrasonido no audible por los seres humanos, aunque algunos animales pueden oír ultrasonidos inaudibles por los seres humanos. La intensidad de un sonido está relacionada con el cuadrado de la amplitud de presión de la onda sonora. Un sonido grave corresponde a onda sonora con frecuencia baja mientras que los sonidos agudos se corresponden con frecuencias más altas.

Efecto Doppler

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Este artículo o sección necesita referencias que aparezcan en una publicación acreditada, como revistas especializadas, monografías, prensa diaria o páginas de Internet fidedignas. Este aviso fue puesto el 3 de mayo de 2012.
Puedes añadirlas o avisar al autor principal del artículo en su página de discusión pegando: {{subst:Aviso referencias|Efecto Doppler}} ~~~~
Un micrófono inmóvil registra las sirenas de los policías en movimiento en diversos tonos dependiendo de su dirección relativa.
El efecto Doppler, llamado así por el físico austríaco Christian Andreas Doppler, es el aparente cambio de frecuencia de una onda producido por el movimiento relativo de la fuente respecto a su observador. Doppler propuso este efecto en 1842 en su tratado Über das farbige Licht der Doppelsterne und einige andere Gestirne des Himmels (Sobre el color de la luz en estrellas binarias y otros astros).
El científico neerlandés Christoph Hendrik Diederik Buys Ballot investigó esta hipótesis en 1845 para el caso de ondas sonoras y confirmó que el tono de un sonido emitido por una fuente que se aproxima al observador es más agudo que si la fuente se aleja. Hippolyte Fizeau descubrió independientemente el mismo fenómeno en el caso de ondas electromagnéticas en 1848. En Francia este efecto se conoce como "efecto Doppler-Fizeau" y en los Países Bajos como el "efecto Doppler-Gestirne".
En el caso del espectro visible de la radiación electromagnética, si el objeto se aleja, su luz se desplaza a longitudes de onda más largas, desplazándose hacia el rojo. Si el objeto se acerca, su luz presenta una longitud de onda más corta, desplazándose hacia el azul. Esta desviación hacia el rojo o el azul es muy leve incluso para velocidades elevadas, como las velocidades relativas entre estrellas o entre galaxias, y el ojo humano no puede captarlo, solamente medirlo indirectamente utilizando instrumentos de precisión como espectrómetros. Si el objeto emisor se moviera a fracciones significativas de la velocidad de la luz, sí sería apreciable de forma directa la variación de longitud de onda.
Sin embargo hay ejemplos cotidianos de efecto Doppler en los que la velocidad a la que se mueve el objeto que emite las ondas es comparable a la velocidad de propagación de esas ondas. La velocidad de una ambulancia (50 km/h) puede parecer insignificante respecto a la velocidad del sonido al nivel del mar (unos 1.235 km/h), sin embargo se trata de aproximadamente un 4% de la velocidad del sonido, fracción suficientemente grande como para provocar que se aprecie claramente el cambio del sonido de la sirena desde un tono más agudo a uno más grave, justo en el momento en que el vehículo pasa al lado del observador.

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