trabajo 1 leyes de termodinamica

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS INGENIERÍA CIVILFísica Ambiental

LEYES DE LA TERMODINAMICA

DIEGO ALBERTO PAEZ BOCANEGRA20142579074

FÍSICA AMBIENTAL

HUMERTO GARCES

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDASFACULTAD TECNOLOGICA

INGENIERIA CIVILFEBRERO 2015

BOGOTA D.


ContenidoTERMODINAMICA................................................................................................................1

OBJETIVOS..........................................................................................................................2

TERMODINÁMICA “Estudia la transferencia de calor de un sistema a otro, como una manifestación de la energía que se puede transformas en otras formas de energía.”........4

TEMPERATURA...................................................................................................................4

MEDICION DE LA TEMPERATURA.................................................................................4

Escalas de temperatura.................................................................................................4

CONVERSIÓN DE TEMPERATURAS..........................................................................6

LEY CERO DE LA TERMODINAMICA.................................................................................6

TEORIA CINETICA DE LOS GASES...................................................................................6

EXPANSION TERMICA DE SOLIDOS Y LIQUIDOS...........................................................7

ENERGIA TÉRMICA Y CALOR............................................................................................8

PROCESOS TERMODINÁMICOS.......................................................................................8

PROCESO ADIABÁTICO..................................................................................................8

PROCESO ISOBÁRICO....................................................................................................9

PROCESO ISOCORO O ISOMETRICO...........................................................................9

PROCESO ISOTÉRMICO.................................................................................................9

EL CALOR............................................................................................................................9

ENERGÍA TÉRMICA Y CALOR..........................................................................................10

PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA.........................................................................11

CALOR Y TRABAJO...........................................................................................................11

Las máquinas térmicas.......................................................................................................12

SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA.......................................................................12

TRANSMISIÓN DEL CALOR..............................................................................................13

ENTROPÍA..........................................................................................................................13

BIBLIOGRAFÍA...................................................................................................................14


OBJETIVOS

Conocer los principios básicos de la termodinámica, la ley cero, la primera ley y segunda ley de termodinámica, plasmándolos en fenómenos de la naturaleza.

Comprender que es la temperatura, como se percibe, como se puede medir y qué relación tiene con la energía térmica, el calor y los procesos termodinámicos.

Entender y comprender el proceso de transferencia de calor de un cuerpo a otro, y como se mide este fenómeno.

Comprender la relación que existe entre energía térmica y calor, así mismo entre trabajo y calor.


TERMODINÁMICA

“Estudia la transferencia de calor de un sistema a otro, como una manifestación de la energía que se puede transformas en otras formas de energía.”

“Termodinámica es el estudio de los procesos en los que la energía se transfiere como calor y trabajo de un sistema a otro.”

TEMPERATURA

La temperatura es la magnitud física que determina si un sistema se encuentra o no en equilibrio térmico, también se define como la medida de la energía cinética media de las moléculas que constituyen un sistema, hace referencia a fenómenos observables y que pueden ser determinados por contacto.

La mejor forma de entender este concepto es con un ejemplo básico, imagínese dos cuerpos, uno frío y otro caliente, que se ponen en contacto durante un tiempo prolongado, y terminan por alcanzar un estado en el cual no es distinguible saber cuál está más frío y cual más caliente, este estado es de equilibrio entre ambos y se denomina equilibrio térmico. La propiedad que tienen en común los cuerpos que se encuentran en equilibrio térmico es precisamente la temperatura.

MEDICION DE LA TEMPERATURA

Para medir la temperatura se utilizan termómetros, que contienen sustancias que mantienen una temperatura, y al ponerse en contacto con los objetos a medir arrojan un valor de acuerdo a la escala utilizada, que representa

Escalas de temperaturaPara definir una escala de temperatura es necesario tomar dos puntos fijos, que siempre tengan la misma temperatura. Las escalas utilizadas en temperatura toman como referencia procesos de alguna sustancia dada, en los que se presenten cambios o reacciones manteniendo una temperatura contanste”, procesos de este tipo son el proceso de ebullición y el proceso de fusión.Dentro de las escalas más utilizadas e importantes se encuentran: la escala Celsius, la escala Kelvin y la escala Fahrenheit.


ESCALA CELSIUSPara esta escala, se toman como puntos fijos, los puntos de ebullición y de solidificación del agua, a los cuales se les asignan los valores de 100 y 0 respectivamente. En 1954 se definió asignando el valor 0 a la temperatura de congelación del agua, el valor 100 a la de temperatura de ebullición «ambas medidas a una atmósfera de presión» y dividiendo la escala resultante en 100 partes iguales, En esta escala, estos valores se escriben como 100° y 0°. Esta unidad de medida se lee grado Celsius y se denota por °C.

ESCALA KELVINEstablecida por la escala kelvin, también llamada Escala Absoluta donde el valor de 0° corresponde al cero absoluto, temperatura en la cual las moléculas y átomos de un sistema tienen la mínima energía térmica posible. Esta unidad de medida se lee Kelvin y se denota por [K].

ESCALA FAHRENHEITEn esta escala la referencia fueron los puntos de solidificación y de ebullición del cloruro amónico en agua, Estos puntos se marcaron con los valores de 32 y 212 respectivamente. La unidad de esta escala se llama grado Fahrenheit y se denota por °F.

ESCALA RANKINEEs una escala de temperaturas muy utilizada en los EE.UU., y es semejante a la escala Kelvin. Al igual que esta, presenta un cero en el cero absoluto, por lo que también es una “escala absoluta”, con la diferencia de que los intervalos de grado son idénticos al intervalo de grado Fahrenheit.

IMAGEN 1. Escala de temperaturas.


CONVERSIÓN DE TEMPERATURAS

Para convertir las temperaturas de una escala a otra, se utilizan las siguientes formulas:

Grados Celsius a Fahrenheit: ºF = 9/5C + 32

Grtados Fahrenheit a Celsius: ºC = 5/9(ºF - 32)

Grados Celsius a Kelvin: ºK = ºC + 273

LEY CERO DE LA TERMODINAMICA

Galileo y Leonardo Da vinci Al contacto de dos cuerpos, o más, con un tercer cuerpo (generalmente el aire), los cuerpos “se mezclaban hasta alcanzar una misma condición”

Los cuerpos calientes tienden a difundir su energía a los cuerpos más fríos, este flujo de energía es denominado CALOR. Así se puede percibir la tendencia del calor a difundirse de un cuerpo caliente hacia otros más fríos en sus alrededores, hasta que el calor se distribuye entre ellos y se encuentran en la misma condición.

“Dos sistemas en equilibrio térmico con un tercero están en equilibrio entre sí; Dos cuerpos con la misma temperatura estarán en equilibrio térmico”

TEORIA CINETICA DE LOS GASES

Establece que el calor y el movimiento están relacionados, que las partículas de toda materia están en movimiento hasta cierto punto y que el calor es una señal de este movimiento.

Esta teoría considera que los gases están compuestos por las moléculas, partículas discretas, individuales y separadas. La distancia que existe entre estas partículas es muy grande comparada con su propio tamaño, y el volumen total ocupado por tales corpúsculos es sólo una fracción pequeña del volumen ocupado por todo el gas. Por tanto, al considerar el volumen de un gas debe tenerse en cuenta en primer lugar un espacio vacío en ese volumen.


Dentro de esta teoría loas aspectos claves son los siguientes:

1. No existen fuerzas de atracción entre las moléculas de un gas.

2. Las moléculas de los gases se mueven constantemente en línea recta por lo que poseen energía cinética.

3. En el movimiento, las moléculas de los gases chocan elásticamente unas con otras y con las paredes del recipiente que las contiene en una forma perfectamente aleatoria.

4. La frecuencia de las colisiones con las paredes del recipiente explica la presión que ejercen los gases.

5. La energía de tales partículas puede ser convertida en calor o en otra forma de energía. Pero la energía cinética total de las moléculas permanecerá constante si el volumen y la temperatura del gas no varían; por ello, la presión de un gas es constante si la temperatura y el volumen no cambian.

EXPANSION TERMICA DE SOLIDOS Y LIQUIDOSLos materiales se dilatan (expanden) al aumentar su temperatura. Esto ocurre debido a que se presenta un mayor movimiento de las moléculas internas y las distancias medias intermoleculares aumentan, siendo mayor la separación entre átomos. Este fenómeno se conoce como expansión térmica. Así mismo la contracción térmica es la disminución de propiedades métricas por disminución de la temperatura del cuerpo.

En un sólido las moléculas tienen una posición casi fija dentro de él. Cada átomo vibra sometido a una fuerza que causa el movimiento de sus partículas internas. Al absorber calor, la energía térmica) de las moléculas aumenta y con ella la amplitud del movimiento interno (ya que la energía total será mayor tras la absorción de calor). El efecto combinado de este incremento es lo que da el aumento de volumen del cuerpo.

IMAGEN 2. EXPANSION TÉRMICA

http://fisica-ondas-ucc.blogspot.com/p/expancion-termica-de-solidos-y-liquidos.html


ENERGIA TÉRMICA Y CALOR

Los cuerpos están constituidos por moléculas que tienen su propio movimiento, lo cual se conoce como energía interna del cuerpo, ósea la energía térmica asociada al cuerpo. La energía térmica de los cuerpos la podemos aumentar cuando realizamos un trabajo sobre él o sometiéndolo a una fuente de calor, ya que de esta manera aumentamos su movimiento interno de moléculas. Así mismo la energía interna de un objeto puede disminuir si cede calor o realiza un trabajo sobre otro cuerpo sistema.

Dicho en otras palabras energía interna de un sistema aumenta cuando se le suministra calor o disminuye cuando el sistema realiza trabajo o cede calor sobre otro sistema.

El calor transferido al sistema (Q), y el trabajo realizado por el sistema (W), producen un cambio en la energía interna (U) del sistema que se representa así:

dU= W-Q

PROCESOS TERMODINÁMICOS

Existen varios procesos en los cuales existen transformaciones de un sistema que interacciona con otro, tras ser eliminada alguna ligadura entre ellos, de forma que finalmente los sistemas se encuentren en equilibrio térmico entre sí. Estos procesos deben transcurrir desde un estado de equilibrio inicial a otro final.

Dentro de estos procesos se encuentran: 1. Proceso Adiabático2. Proceso Isobárico3. Proceso Isocoro o isométrico4. Proceso Isotérmico

PROCESO ADIABÁTICOOcurre cuando un sistema está aislado y no se permite la transferencia de calor, por tanto se produce sin intercambio de calor con el exterior, el trabajo realizado dentro de un sistema se transforma en variación de la energía interna del sistema.Un ejemplo sencillo para entender este proceso es: si tenemos un recipiente aislado del medio que contiene un gas encerrado y por medio de un émbolo

http://es.wiktionary.org/wiki/calor

http://es.wikipedia.org/wiki/Equilibrio_termodin%C3%A1mico


aplicamos presión para variar su volumen, no se produce transferencia de calor al medio ni del medio al recipiente.

PROCESO ISOBÁRICO

se presenta cuando un sistema presenta un proceso termodinámico a presión constante. Por ejemplo, cuando deseamos hervir agua. El agua está sometida a la presión atmosférica constante para el sitio donde se hierve el agua. También podemos ver este proceso si utilizamos una olla a presión para cocinar los alimentos, el proceso se realiza a una presión constante dentro de la olla.

PROCESO ISOCORO O ISOMETRICOEs aquel en el que se presenta un proceso termodinámico a volumen constante.

PROCESO ISOTÉRMICO

Ocurre cuando se presenta un proceso termodinámico a temperatura constante. Este proceso se presenta por ejemplo, en el funcionamiento del motor de un carro. Para que no se recaliente, el motor debe mantener una temperatura constante de trabajo y esto lo realiza el sistema de enfriamiento del motor, manteniendo constante la temperatura. TAMBIEN puede ver este proceso cuando utilizamos la ayuda de un bombillo, el cual siempre estará a una temperatura constante irradiando energía lumínica. En este proceso la variación de la energía interna es cero.

EL CALOR

El calor representa una transferencia de energía en la que intervienen gran número de partículas internas de los cuerpos. Se denomina calor a la energía intercambiada entre un sistema y el medio que le rodea debido a los choques entre las moléculas del sistema y el exterior al mismo.

Cuando una sustancia incrementa su temperatura de TA a TB, el calor absorbido se obtiene multiplicando la masa (o el número de moles n) por el calor específico c y por la diferencia de temperatura TB-TA.

Q=nc(TB-TA)


Cuando no hay intercambio de energía (en forma de calor) entre dos sistemas, se dice que están en equilibrio térmico.

IMAGEN 3. El calor

ENERGÍA TÉRMICA Y CALOR

Los conceptos de calor y energía interna de una sustancia están relacionados entre sí, pero no son lo mismo. El flujo de calor es una transferencia de energía que se lleva a cabo como consecuencia de las diferencias de temperatura.

La energía térmica es la forma de energía que interviene en los fenómenos caloríficos. Cuando dos cuerpos a diferentes temperaturas se ponen en contacto, el caliente comunica energía al frío; el tipo de energía que se cede de un cuerpo a otro como consecuencia de una diferencia de temperaturas es precisamente la energía térmica. Así mismo la energía térmica de un cuerpo es la energía resultante de sumar todas las energías mecánicas asociadas a los movimientos de las diferentes partículas que lo componen.

De esta manera la cantidad de energía térmica que un cuerpo pierde o gana en contacto con otro a diferente temperatura recibe el nombre de calor. El calor


constituye, por tanto, una medida de la energía térmica puesta en juego en los fenómenos caloríficos.

PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA

“Es conocida también como el principio de conservación de la energía la cual establece que si se realiza trabajo sobre un sistema o bien éste intercambia calor con otro, la energía interna del sistema cambiará.”

“El calor representa la cantidad de energía que un cuerpo transfiere a otro como consecuencia de una diferencia de temperatura entre ambos. El tipo de energía que se pone en juego en los fenómenos caloríficos se denomina energía térmica. El carácter energético del calor lleva consigo la posibilidad de transformarlo en trabajo mecánico. Sin embargo, la naturaleza impone ciertas limitaciones a este tipo de conversión, lo cual hace que sólo una fracción del calor disponible sea aprovechable en forma de trabajo útil.”1

CALOR Y TRABAJO

Estos dos conceptos están relacionados ya que el calor y el trabajo son formas de energía en tránsito, el calor puede convertirse en trabajo y este en calor.

De los estudios realizados se ha obtenido como resultado que el trabajo realizado sobre el sistema y el calor liberado en el calorímetro guardaban siempre una relación constante y aproximadamente igual a 4,2. Es decir, por cada 4,2 joules de trabajo realizado se le comunicaba al calorímetro una cantidad de calor igual a una caloría.

La consolidación de la noción de calor como una forma más de energía, hizo del equivalente mecánico un simple factor de conversión entre unidades diferentes de una misma magnitud física, la energía. La relación numérica entre calor Q y trabajo W puede, entonces, escribirse en la forma:

W (joules) = 4,18 · Q(calorías)

1 CALOE Y ENERGIA TERMICA. [En línea]. Disponible en: http://www.guemisa.com/articul/html/energia.htm


LAS MÁQUINAS TÉRMICAS

Son aquellas maquinas que utilizan como principio la conversión de trabajo en calor y del calor en trabajo. Los motores de explosión y la máquina de vapor, son dispositivos capaces de llevar a cabo la transformación del calor en trabajo mecánico. Este tipo de dispositivos reciben el nombre genérico de máquinas térmicas.

En todas las máquinas térmicas, se lleva a cabo el siguiente proceso:

De esta manera se puede observar que la principal característica de estas máquinas es el rendimiento, por medio del cual a su vez podemos observar que existe una pérdida de energía en el proceso.

SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA

“El calor no fluye espontáneamente de los sistemas más fríos a los sistemas más calientes; o también que cada vez que la energía pasa de una forma a otra, se produce una disminución de la cantidad de energía disponible para realizar trabajo.“

Máquina térmica

Absorve calor (foco caliente)

Transformacion en trabajo

El resto de calor lo cede al medio

exterior(menor

temperatura)

Máquina térmica

Rendimiento: cociente entre

trabajo efectuado y

calor empleado para

conseguirlo

NUNCA ALCANZA EL

100%.DEGRADACION DE LA ENERGIA


TRANSMISIÓN DEL CALOR

La transferencia de calor se produce normalmente desde un objeto con alta temperatura, a otro objeto con temperatura más baja. La transferencia de calor cambia la energía interna de ambos sistemas implicados

Esta transmisión del calor se presenta por:

CONDUCCIÓN: se produce cuando al calentar un cuerpo sólido, las primeras moléculas que reciben el calor aumentan su vibración y chocan con las vecinas hasta que todas las moléculas del sólido se agitan.

CONVECCIÓN: se produce cuando el calor se transmite a través de un fluido con movimiento masivo del mismo.

RADIACIÓN: ocurre en todos los cuerpos que radian energía en forma electromagnética como consecuencia de su temperatura. Este tipo de radiación no necesita de un medio para propagarse.

ENTROPÍAEntropía es el grado de desorden que tiene un sistema. Puede aplicarse en la segunda ley de la termodinámica, la cual dice que los sistemas aislados tienden al desorden, es decir, las cosas tienden al caos a medida que pasa el tiempo (no hay más que fijarse en el organismo de un ser vivo); mientras que en la teoría de la comunicación este concepto es empleado como un nº que mide el grado de incertidumbre que posee un mensaje.

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/thermo/inteng.html

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/thermo/temper.html

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/thermo/heat.html


BIBLIOGRAFÍA

TERMODINAMICA. [En línea] disponible en: http://www.uia.mx/campus/publicaciones/fisica/pdf/15termodinamica.pdf

CALOR Y ENERGIA TÉRMICA. [En línea]. Disponible en: http://www.guemisa.com/articul/html/energia.htm

LA TEMPERATURA. [En línea]. Disponible en: http://tublockupn.wordpress.com/escalas-de-temperatura/

LEYES DE LA TERMODINAMICA. Video. [En línea]. Disponible en: http:// www.youtube.com/watch?v=veFLTN13PGo

UNIVERSIDAD CATOLICA. Primera ley de la termodinámica. [en línea]. Disponible en:http:// corinto.pucp.edu.pe/quimicageneral/contenido/13- primera-ley-de-la-termodinamica

PHYSICS. La termodinámica y la entropía. [En línea]. Disponible en :http:// physicsmore.blogspot.com/2011/08/la-termodinamica-y-la- entropia.html

http://physicsmore.blogspot.com/2011/08/la-termodinamica-y-la-entropia.html



http://corinto.pucp.edu.pe/quimicageneral/contenido/13-primera-ley-de-la-termodinamica



http://www.youtube.com/watch?v=veFLTN13PGo

http://www.youtube.com/watch?v=veFLTN13PGo

http://tublockupn.wordpress.com/escalas-de-temperatura/

http://www.guemisa.com/articul/html/energia.htm

http://www.uia.mx/campus/publicaciones/fisica/pdf/15termodinamica.pdf

trabajo 1 leyes de termodinamica

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