Termodinámica actividad 1

Definición de Termodinámica

1.-Termodinámica es una teoría de gran generalidad y esta es aplicable en propiedades mecánicas eléctricas entre otras, también es un estudio de las transformaciones de la energía que se manifiesta en calor y trabajo generalmente.

2.-Termodinámica es una rama de la Fisica que estudia la energia asi como la transformacion entres sus distintas manifestaciones como el calor y el trabajo. Es un proceso en el cual se identifican mediante la vision macroscopica los cambios de estados energeticos de la materia.

Ejemplo 1:

Los ferrocarriles que anteriormente funcionaban con vapor (máquina de vapor), que este era elaborado con carbón y agua.

Ejemplo 2:

Al hervir un líquido que se encuentra en un recipiente tapado el vapor que quiere salir hace mover la tapa.

Ejemplo 3:
Cuando despega un cohete, la quema de combustible.

Terminos Fundamentales de Termodinámica

Sistema: es cualquier objeto, cualquier cantidad de materia que se puede estudiar y verificar.

Entorno: es aquella parte del universo que está en comunicación con el sistema, pero no es parte del sistema.

Universo: es todo lo que existe y dentro de se encuentra el sistema y el entorno.

Ejemplo:
· Un ejemplo muy fácil de entender esto es: nosotros (sistema), nos encontramos en la tierra (entorno), la tierra se encuentra en el sistema solar (universo) entonces el sistema solar es el universo.

· El tecnológico funciona como un universo, las diferentes áreas de licenciatura e ingenierías funcionan como el entorno entonces los alumnos serian el sistema.

Clasificacion de Sistemas Termodinámicos

1.-Sistemas Aislados

Los cuales no pueden intercambiar ni energía ni materia con el entorno. Sin embargo, cada parte de ésta clase de sistema se constituye en un subsistema rodeado por las partes restantes y por lo tanto, se darán los intercambios de materia y energía para que cuando el sistema alcance el equilibrio, todas las partes del sistema serán indistinguibles. Es difícil hallar un ejemplo de un sistema aislado, pero se podría mencionar el universo único como el gran ejemplo de un verdadero sistema aislado. Otro ejemplo, corresponde a un termo con paredes bien aisladas usado para conservar sustancias calientes o frías.

Este recipiente no puede recibir ni masa ni energía.

2.-Sistemas Cerrados.

Los cuales intercambian energía con su exterior pero no-materia. Los principales ejemplos de sistemas de esta naturaleza corresponden al caso de cilindro–pistón, tanque cerrado con agua u otra especie, una olla a presión antes de que la presión supere la establecida con la válvula de alivio.

Este recipiente no puede recibir masa pero si energía.

3.-Sistemas Abiertos

Los cuales intercambian energía y materia con el exterior. La gran mayoría de los ejemplos en la naturaleza corresponden a sistemas abiertos: seres vivos, una caldera para producir vapor, un horno, un olla presión después de que la válvula de alivio se halla abierto para liberar presión, un intercambiador de calor, etc. Los sistemas abiertos y cerrados pueden mantenerse lejos del equilibrio cuando ellos reciben flujos de materia y energía en caso de sistemas abiertos y solo energía en los cerrados, debido a diferencias de temperatura, presión, concentración, etc, entre el sistema y el entorno.

Este recipiente puede recibir tanto masa como energía.

Termodinámica actividad 2

Diferencia entre el calor y la temperatura

El calor y la temperatura están relacionados entre sí pero son conceptos diferentes, el calor es la energía total del movimiento en una sustancia mientras temperatura es una medida de la energía.

El calor es lo que hace que la temperatura aumente o disminuya, si añadimos calor la temperatura aumenta y si quitamos calor la temperatura disminuye.
La temperatura no es energía si no una medida de ella sin embargo el calor si es energía.

El calor puede ser transmitido de tres formas distintas: por conducción, por convección o por radiación.

Conducción térmica: es el proceso que se produce por contacto térmico entre dos cuerpos, debido al contacto directo entre las partículas individuales de los cuerpos que están a diferentes temperaturas, lo que produce que las partículas lleguen al equilibrio térmico. Ejemplo: cuchara metálica en la taza de té.

Convección térmica: sólo se produce en fluidos (líquidos o gases), ya que implica movimiento de volúmenes de fluido de regiones que están a una temperatura, a regiones que están a otra temperatura. El transporte de calor está inseparablemente ligado al movimiento del propio medio. Ejemplo: los calefactores dentro de la casa.

Radiación térmica: es el proceso por el cual se transmite a través de ondas electromagnéticas. Implica doble transformación de la energía para llegar al cuerpo al que se va a propagar: primero de energía térmica a radiante y luego viceversa. Ejemplo: La energía solar.

El equilibrio termodinámico de un sistema se define como la condición del mismo en el cual las variables empíricas usadas para definir un estado del sistema (presión, volumen, campo eléctrico, polarización, magnetización, tensión lineal, tensión superficial, entre otras) no son dependientes del tiempo. A dichas variables empíricas (experimentales) de un sistema se les conoce como coordenadas termodinamicas del sistema.

Un sistema está en equilibrio termodinámico cuando no se observa ningún cambio en sus propiedades termodinámicas a lo largo del tiempo.

Un sistema está en equilibrio termodinámico cuando es incapaz de experimentar espontaneidad algún cambio de estado cuando están sometidas a determinadas condiciones que le imponen sus alrededores.

Ejemplo: El termómetro marca la temperatura gracias al mercurio que contiene, el cual se expande con el calor. El pequeño conducto que corre a todo lo largo de la parte interna del cristal, tiene un estrechamiento que impide el regreso del metal cuando ya no está en contacto con el paciente.

Este es el termómetro casero y sirve para detección de temperatura en la salud.


La ley cero de la termodinámica


“Si dos cuerpos están en equilibrio térmico con un tercero, éstos están en equilibrio térmico entre sí.”

La Ley cero de la termodinámica nos dice que si tenemos dos cuerpos llamados A y B, con diferente temperatura uno de otro, y los ponemos en contacto, en un tiempo determinado t, estos alcanzarán la misma temperatura, es decir, tendrán ambos la misma temperatura. Si luego un tercer cuerpo, que llamaremos C se pone en contacto con A y B, también alcanzará la misma temperatura y, por lo tanto, A, B y C tendrán la misma temperatura mientras estén en contacto.

Ejemplo: una persona que se mete a una alberca, generalmente el agua de la alberca es más fría que la temperatura ambiente de la persona, entonces al tener contacto se cederán temperaturas hasta alcanzar un equilibrio.

Termodinámica actividad 3

Ecuación del gas ideal

La ecuación que describe normalmente la relación entre la presión, el volumen, la temperatura y la cantidad (en moles) de un gas ideal es:

Donde:
P= Presión
V= Volumen
R= Moles de Gas.
n= Constante universal de los gases ideales (8.3143m3.Pa/K).
T= Temperatura absoluta se mide en kelvin.

Las leyes de los gases

La ley de Boyle – Mariotte.

“la temperatura constante los volúmenes de una masa gaseosa son inversamente proporcionales a las presiones que soporta”

Relaciona inversamente las proporciones de volumen y presión de un gas, manteniendo la temperatura constante:

La ley de Gay-Lussac

“a presión constante, los volúmenes de una masa de gas son directamente proporcionales a las respectivas temperaturas absolutas”

afirma que el volumen de un gas, a presión constante, es directamente proporcional a la temperatura absoluta:

La ley de Charles

Sostiene que, a volumen constante, la presión de un gas es directamente proporcional a la temperatura absoluta del sistema:

Ley de Avogadro

“Volúmenes iguales de distintas sustancias gaseosas, medidos en las mismas condiciones de presión y temperatura, contienen el mismo número de partículas"

Simulador de comportamiento de un gas

En esta experiencia se simula el comportamiento de un gas con N partículas, encerrado en un recipiente a una presión P y una temperatura T. Puedes modificar una o todas las variables y verás cómo se modifica el Volumen del recipiente. Lo mejor es que vayas cambiando primero los valores de una variable, manteniendo las otras tres constantes, y luego repitas con las otras, viendo cómo afecta tu cambio al comportamiento del Volumen.

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Termodinámica actividad 4

Primera ley de la termodinámica

Se trata de la ley de la conservación de la energía “la energía ni se crea ni se destruye solo se trasforma”
En cualquier proceso que podemos imaginar, la energía en juego es siempre la misma. Si ganamos energía, debe ser a costa de algo o alguien, y si la perdemos, debe ir a algún sitio. No podemos obtener energía de la nada

Segunda ley de la termodinámica

El calor fluye de forma natural de los cuerpos de más temperatura a menos “la cantidad de entropía de cualquier sistema aislado termodinámicamente tiende a incrementarse con el tiempo”.
De acuerdo con la primera ley de la termodinámica no se distinguen ninguna forma de energía, todas ellas tienen la misma categoría, la cantidad de energía se conserva; sin embargo, en el momento de transformar una forma en otra, se encuentran diferencias. Por ejemplo, toda energía en forma de trabajo puede convertirse totalmente en calor; no obstante, solo una porción de la energía en forma de calor puede transformarse en trabajo.
La segunda ley tiene relación con la entropía y afirma que ésta crece con el tiempo hasta llegar a un nivel máximo, ya que solamente el trabajo es realizable mediante el traspaso de calor de un cuerpo con mayor temperatura a uno con menor temperatura, por lo que la energía calorífica se está disipando constantemente y es un proceso irreversible.

Ejemplo1: quemar una madera completamente (50gr) al quemarlo la cantidad del residuo no pesara sus (50gr) si no menos.

Entropía

Magnitud que mide la parte da la energía que no puede utilizarse para producir un trabajo, y es el grado irreversibilidad alcanzada después de un proceso que implique transformación de energía e identifica la cantidad de desorden dentro de un sistema fisico.

Ejemplo: La energía que el coche "utilizó" para realizar trabajo y moverse se gastó, es decir, se tornó inservible, porque la energía liberada mediante un proceso químico ya no es utilizable para que un motor produzca trabajo.

Termodinámica actividad 5

Trabajo termodinámico

Se denomina trabajo realizado sobre un sistema termodinámico o trabajo termodinámico, en un proceso dado, al trabajo que realizan las fuerzas que durante el proceso ejerce el medio exterior sobre el sistema.

Una manera de transferir energía desde un sistema que está a más temperatura, a otro, que tiene menos, es por medio de calor.

El trabajo tiene dimensiones de energía y representa un intercambio de energía entre el sistema y su entorno.

Termodinámica actividad 6

Conclusiones

1.- Al desarrollar este blog nos deja una gran enseñanza de conceptos básicos, problemas y aplicaciones sobre la termodinámica ya que es necesario en la vida cotidiana para comprender las diversas situaciones a las que nos enfrentamos día con día.
Cuando empezamos a desarrollar los temas de termodinámica nos dimos cuenta que no solo es una rama de la física si no también involucran temas relacionados con la química y esto hace que se nos facilite el entendimiento de la física.

2.- Este blog nos permite aprende de manera virtual la gran variedad de temas de la física donde la mayoría de estos casos los llevamos en la vida cotidiana.
Cuando escuchamos sobre el tema de WQ pensábamos que sería complicado trabajar sin embargo nos facilito el aprendizaje porque de alguna forma u otra aprendimos mucho del tema, fuimos enlazando ideas que fueron reforzadas con lo poco que sabíamos, esta manera de trabajar en particular en muy buena.

Gracias Ing. Ana María García Mercado por darnos esta opcion nueva para desarrollar temas de interes y hacer asi mas facil nuestro aprendizaje.