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  1. Prefacio
  2. Termodinámica
    1. 1 Temperatura y calor
      1. Introducción
      2. 1.1 Temperatura y equilibrio térmico
      3. 1.2 Termómetros y escalas de temperatura
      4. 1.3 Dilatación térmica
      5. 1.4 Transferencia de calor, calor específico y calorimetría
      6. 1.5 Cambios de fase
      7. 1.6 Mecanismos de transferencia de calor
      8. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    2. 2 Teoría cinética de los gases
      1. Introducción
      2. 2.1 Modelo molecular de un gas ideal
      3. 2.2 Presión, temperatura y velocidad media cuadrática (rms)
      4. 2.3 Capacidad calorífica y equipartición de energía
      5. 2.4 Distribución de las velocidades moleculares
      6. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    3. 3 Primera ley de la termodinámica
      1. Introducción
      2. 3.1 Sistemas termodinámicos
      3. 3.2 Trabajo, calor y energía interna
      4. 3.3 Primera ley de la termodinámica
      5. 3.4 Procesos termodinámicos
      6. 3.5 Capacidades térmicas de un gas ideal
      7. 3.6 Procesos adiabáticos para un gas ideal
      8. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    4. 4 Segunda ley de la termodinámica
      1. Introducción
      2. 4.1 Procesos reversibles e irreversibles
      3. 4.2 Máquinas térmicas
      4. 4.3 Refrigeradores y bombas de calor
      5. 4.4 Enunciados de la segunda ley de la termodinámica
      6. 4.5 El ciclo de Carnot
      7. 4.6 Entropía
      8. 4.7 Entropía a escala microscópica
      9. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
  3. Electricidad y magnetismo
    1. 5 Cargas y campos eléctricos
      1. Introducción
      2. 5.1 Carga eléctrica
      3. 5.2 Conductores, aislantes y carga por inducción
      4. 5.3 Ley de Coulomb
      5. 5.4 Campo eléctrico
      6. 5.5 Cálculo de los campos eléctricos de las distribuciones de carga
      7. 5.6 Líneas de campo eléctrico
      8. 5.7 Dipolos eléctricos
      9. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
    2. 6 Ley de Gauss
      1. Introducción
      2. 6.1 Flujo eléctrico
      3. 6.2 Explicar la ley de Gauss
      4. 6.3 Aplicación de la ley de Gauss
      5. 6.4 Conductores en equilibrio electrostático
      6. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    3. 7 Potencial eléctrico
      1. Introducción
      2. 7.1 Energía potencial eléctrica
      3. 7.2 Potencial eléctrico y diferencia de potencial
      4. 7.3 Cálculo del potencial eléctrico
      5. 7.4 Determinación del campo a partir del potencial
      6. 7.5 Equipotential Surfaces and Conductors
      7. 7.6 Aplicaciones de la electrostática
      8. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    4. 8 Capacitancia
      1. Introducción
      2. 8.1 Condensadores y capacitancia
      3. 8.2 Condensadores en serie y en paralelo
      4. 8.3 Energía almacenada en un condensador
      5. 8.4 Condensador con dieléctrico
      6. 8.5 Modelo molecular de un dieléctrico
      7. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    5. 9 Corriente y resistencia
      1. Introducción
      2. 9.1 Corriente eléctrica
      3. 9.2 Modelo de conducción en metales
      4. 9.3 Resistividad y resistencia
      5. 9.4 Ley de Ohm
      6. 9.5 Energía eléctrica y potencia
      7. 9.6 Superconductores
      8. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    6. 10 Circuitos de corriente directa
      1. Introducción
      2. 10.1 Fuerza electromotriz
      3. 10.2 Resistores en serie y en paralelo
      4. 10.3 Reglas de Kirchhoff
      5. 10.4 Instrumentos de medición eléctrica
      6. 10.5 Circuitos RC
      7. 10.6 Cableado doméstico y seguridad eléctrica
      8. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    7. 11 Fuerzas y campos magnéticos
      1. Introducción
      2. 11.1 El magnetismo y sus descubrimientos históricos
      3. 11.2 Campos y líneas magnéticas
      4. 11.3 Movimiento de una partícula cargada en un campo magnético
      5. 11.4 Fuerza magnética sobre un conductor portador de corriente
      6. 11.5 Fuerza y torque en un bucle de corriente
      7. 11.6 El efecto Hall
      8. 11.7 Aplicaciones de las fuerzas y campos magnéticos
      9. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    8. 12 Fuentes de campos magnéticos
      1. Introducción
      2. 12.1 La ley de Biot-Savart
      3. 12.2 Campo magnético debido a un cable recto delgado
      4. 12.3 Fuerza magnética entre dos corrientes paralelas
      5. 12.4 Campo magnético de un bucle de corriente
      6. 12.5 Ley de Ampère
      7. 12.6 Solenoides y toroides
      8. 12.7 El magnetismo en la materia
      9. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    9. 13 Inducción electromagnética
      1. Introducción
      2. 13.1 Ley de Faraday
      3. 13.2 Ley de Lenz
      4. 13.3 Fuerza electromotriz (emf) de movimiento
      5. 13.4 Campos eléctricos inducidos
      6. 13.5 Corrientes de Foucault
      7. 13.6 Generadores eléctricos y fuerza contraelectromotriz
      8. 13.7 Aplicaciones de la inducción electromagnética
      9. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    10. 14 Inductancia
      1. Introducción
      2. 14.1 Inductancia mutua
      3. 14.2 Autoinducción e inductores
      4. 14.3 Energía en un campo magnético
      5. 14.4 Circuitos RL
      6. 14.5 Oscilaciones en un circuito LC
      7. 14.6 Circuitos RLC en serie
      8. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    11. 15 Circuitos de corriente alterna
      1. Introducción
      2. 15.1 Fuentes de ac
      3. 15.2 Circuitos simples de ac
      4. 15.3 Circuitos en serie RLC con ac
      5. 15.4 Potencia en un circuito de ac
      6. 15.5 Resonancia en un circuito de ac
      7. 15.6 Transformadores
      8. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    12. 16 Ondas electromagnéticas
      1. Introducción
      2. 16.1 Ecuaciones de Maxwell y ondas electromagnéticas
      3. 16.2 Ondas electromagnéticas planas
      4. 16.3 Energía transportada por las ondas electromagnéticas
      5. 16.4 Momento y presión de radiación
      6. 16.5 El espectro electromagnético
      7. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
  4. A Unidades
  5. B Factores de conversión
  6. C Constantes fundamentales
  7. D Datos astronómicos
  8. E Fórmulas matemáticas
  9. F Química
  10. G El alfabeto griego
  11. Clave de Respuestas
    1. Capítulo 1
    2. Capítulo 2
    3. Capítulo 3
    4. Capítulo 4
    5. Capítulo 5
    6. Capítulo 6
    7. Capítulo 7
    8. Capítulo 8
    9. Capítulo 9
    10. Capítulo 10
    11. Capítulo 11
    12. Capítulo 12
    13. Capítulo 13
    14. Capítulo 14
    15. Capítulo 15
    16. Capítulo 16
  12. Índice

Compruebe Lo Aprendido

4.1

Una máquina térmica perfecto tendría Qc=0Qc=0, lo que llevaría a e=1Qc/Qh=1.e=1Qc/Qh=1. Un frigorífico perfecto no necesitaría ningún trabajo, es decir, W=0W=0, lo que lleva a KR=Qc/W.KR=Qc/W.

4.2

Del motor de la derecha, tenemos W=QhQc.W=QhQc. Del refrigerador de la derecha, tenemos Qh=Qc+W.Qh=Qc+W. Por lo tanto, W=QhQc=QhQc.W=QhQc=QhQc.

4.3

a. e=1Tc/Th=0,55e=1Tc/Th=0,55; b. Qh=eW=9,1JQh=eW=9,1J; c. Qc=QhW=4,1JQc=QhW=4,1J; d. −273°C−273°C y 400°C400°C

4.4

a. KR=Tc/(ThTc)=10,9KR=Tc/(ThTc)=10,9; b. Qc=KRW=2,18kJQc=KRW=2,18kJ; c. Qh=Qc+W=2,38kJQh=Qc+W=2,38kJ

4.5

Cuando el calor fluye desde el reservorio hacia el hielo, la energía interna (principalmente cinética) del hielo aumenta, lo que da lugar a una mayor rapidez media y, por tanto, a una mayor variación de la posición media de las moléculas en el hielo. El reservorio se vuelve más ordenado, pero debido a su mayor cantidad de moléculas, no compensa el cambio de entropía en el sistema.

4.6

Q/ThQ/Th; Q/TcQ/Tc; y Q(ThTc)/(ThTc)Q(ThTc)/(ThTc)

4.7

a. 4,71 J/K; b. –4,18 J/K; c. 0,53 J/K

Preguntas Conceptuales

1 .

Algunas soluciones posibles son el movimiento sin fricción; la compresión o expansión restringida; la transferencia de energía en forma de calor debido a la no uniformidad de la temperatura infinitesimal; el flujo de corriente eléctrica a través de una resistencia cero; la reacción química restringida; y la mezcla de dos muestras de la misma sustancia en el mismo estado.

3 .

La temperatura aumenta ya que la salida de calor detrás del refrigerador es mayor que la refrigeración del interior del mismo.

5 .

Si combinamos una máquina perfecta y un refrigerador real con el motor convirtiendo el calor Q del reservorio caliente en trabajo W=QW=Q para impulsar el refrigerador, entonces el calor vertido al reservorio caliente por el refrigerador será W+ΔQW+ΔQ, lo que resulta en un refrigerador perfecto que transfiere el calor ΔQΔQ del reservorio frío al reservorio caliente sin ningún otro efecto.

7 .

Las bombas de calor pueden extraer eficazmente el calor del suelo para calentar en los días más fríos o sacar el calor de la casa en los días más cálidos. La desventaja de las bombas de calor es que son más costosas que las alternativas, requieren mantenimiento y no funcionan eficazmente cuando las diferencias de temperatura entre el interior y el exterior son muy grandes. La calefacción eléctrica es mucho más barata de adquirir que una bomba de calor; sin embargo, su funcionamiento puede ser más costoso en función de las tarifas eléctricas y la cantidad de uso.

9 .

Un reactor nuclear necesita una temperatura más baja para funcionar, por lo que su eficiencia no será tan grande como la de una planta de combustibles fósiles. Este argumento no tiene en cuenta la cantidad de energía por reacción: La energía nuclear tiene una producción energética mucho mayor que la de los combustibles fósiles.

11 .

Para aumentar el rendimiento, hay que elevar la temperatura del reservorio caliente y bajar al máximo la del reservorio frío. Esto se puede ver en la Ecuación 4.3.

13 .

procesos adiabáticos e isotérmicos

15 .

La entropía no cambiará si se trata de una transición reversible, pero sí si el proceso es irreversible.

17 .

La entropía es una función del desorden, así que todas las respuestas se aplican también aquí.

Problemas

19 .

11,0 × 10 3 J 11,0 × 10 3 J

21 .

4,5 p V 0 4,5 p V 0

23 .

0,667

25 .

a. 0,200; b. 25 J

27 .

a. 0,67; b. 75 J; c. 25 J

29 .

a. 600 J; b. 800 J

31 .

a. 69 J; b. 11 J

33 .

2,0

35 .

50 J

37 .


El gráfico muestra las curvas isotermas y adiabáticas para el ciclo de Carnot con cuatro puntos A, B, C y D. El eje x es V y el eje y es T. El valor de T en A y B es T subíndice 1 y en C y D es T subíndice 2.
39 .

a. 381 J; b. 619 J

41 .

a. 546 K; b. 137 K

43 .

–1 J/K

45 .

–13 J(K mol)

47 .

Q T h , Q T c , Q ( 1 T c 1 T h ) Q T h , Q T c , Q ( 1 T c 1 T h )

49 .

a. –709 J/K; b. 1300 J/K; c. 591 J/K

51 .

a. Q=nRΔTQ=nRΔT; b. S=nRln(T2/T1)S=nRln(T2/T1)

53 .

3,78 × 10 −3 W/K 3,78 × 10 −3 W/K

55 .

430 J/K

57 .

80°C80°C, 80°C80°C, 6,70×104J6,70×104J, 215 J/K, –190 J/K, 25 J/K

59 .

ΔSH2O=215J/KΔSH2O=215J/K, ΔSR=-208J/KΔSR=-208J/K, ΔSU=7J/KΔSU=7J/K

61 .

a. 1.200 J; b. 600 J; c. 600 J; d. 0,50

63 .

Δ S = n C V ln ( T 2 T 1 ) + n C p ln ( T 3 T 2 ) Δ S = n C V ln ( T 2 T 1 ) + n C p ln ( T 3 T 2 )

65 .

a. 0,33, 0,39; b. 0,91

Problemas Adicionales

67 .

1,45 × 10 7 J 1,45 × 10 7 J

69 .

a. VB=0,042m3,VD=0,018m3;VB=0,042m3,VD=0,018m3; b. 13.000 J; c. 13.000 J; d. –8.000 J; e. –8.000 J; f. 6.200 J; g. –6.200 J; h 39%39%; con temperaturas la eficiencia es 40%40%, que se desvía probablemente por errores de redondeo.

71 .

–670 J/K

73 .

a. –570 J/K; b. 570 J/K

75 .

82 J/K

77 .

a. 2.000 J; b. 40%40%

79 .

60 % 60 %

81 .

64,4 % 64,4 %

Problemas De Desafío

83 .

derivar

85 .

derivar

87 .

18 J/K

89 .

prueba

91 .

K R = 3 ( p 1 p 2 ) V 1 5 p 2 V 3 3 p 1 V 1 p 2 V 1 K R = 3 ( p 1 p 2 ) V 1 5 p 2 V 3 3 p 1 V 1 p 2 V 1

93 .

W = 110.000 J W = 110.000 J

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