Hola bienvenidos a nuestro blog que en un principio fue creado con la intención de que se nos evaluara en la materia de física 3, además de crear en los lectores una afinidad a este tema o puedan ampliar mas su panorama sobre los conceptos básicos de la termodinámica.
viernes, 26 de marzo de 2010
¿Qué es la termodinámica?
1. es la ciencia que estudia la relación entre un sistema y su entorno, es decir, identificar los estados energéticos mediante la evaluación de propiedades y la aceptación de la existencia de leyes de comportamientos que se convierte en las reglas de juego para cualquier transformación que se desee implementar.
2.- Es una rama fundamental de la Química, que se centra en el estudio macroscópico de la naturaleza en equilibrio entre uno o varios sistemas con su entorno, esto se puede estudiar gracias a sus propiedades evaluadas con las leyes de la termodinámica.
2.- Es una rama fundamental de la Química, que se centra en el estudio macroscópico de la naturaleza en equilibrio entre uno o varios sistemas con su entorno, esto se puede estudiar gracias a sus propiedades evaluadas con las leyes de la termodinámica.
Algunas aplicaciones se encuentran en el diseño de los equipos de aire acondicionado o de refrigeración, o una mas comun para el diseño de ropa como una chamarra que muchos dirian que sirve para dar calor en invierno, pero lo que hace es impedir que el calor corporal escape y que el frío exterior llegue a la persona que la usa, es deicir, funciona como pared adiabática.
En los circuitos es necesario disipar calor en los componentes que son sensibles, aqui se pueden aplicar los estudios de la termodinámica para saber las variaciones de temperatura.
Entorno, sistema y universo
Un sistema se considera como cualquier objeto, cantidad de materia o región del espacio, seleccionado para estudiarlo y aislándolo de todo lo demás, a lo cual se le llama entorno del sistema.
En la siguiente figura se muestran 2 diferentes sistemas
El sistema y su entorno forman el universo.
La figura anterior muestra la relación de sistema, entorno y universo, un ejemplo seria una reacción química que se aísla para experimentar.
Temperatura y calor
La Temperatura esta relacionada con la energía del sistema debida al movimiento desordenado de las moléculas que lo constituyen. Su cambio supone el cambio repetitivo y predecible en otras propiedades del sistema, lo que permite asignarle un valor numérico.
El calor se considera en termodinámica como energía en tránsito a través de la frontera que separa a un sistema de su entorno, la transferencia de calor se origina por una diferencia de temperatura entre el sistema y su entorno, el simple contacto es el único requisito para que el calor sea transferido por conducción. Las unidades de calor son las de trabajo y energía.
El calor es la energía total del movimiento molecular en una sustancia, mientras temperatura es una medida de la energía. El calor depende de la velocidad de las partículas, su número, su tamaño y su tipo. La temperatura no depende del tamaño, del número o del tipo.
El calor se puede transmitir por conducción, por convección y por radiación.
El calor se considera en termodinámica como energía en tránsito a través de la frontera que separa a un sistema de su entorno, la transferencia de calor se origina por una diferencia de temperatura entre el sistema y su entorno, el simple contacto es el único requisito para que el calor sea transferido por conducción. Las unidades de calor son las de trabajo y energía.
El calor es la energía total del movimiento molecular en una sustancia, mientras temperatura es una medida de la energía. El calor depende de la velocidad de las partículas, su número, su tamaño y su tipo. La temperatura no depende del tamaño, del número o del tipo.
El calor se puede transmitir por conducción, por convección y por radiación.
-Conducción: se produce por contacto térmico entre dos cuerpos, debido al contacto directo entre los cuerpos que están a diferentes temperaturas. Ejemplo: cuchara metálica en la taza de té.
-Convección: sólo se produce en fluidos (líquidos o gases), implica movimiento de volúmenes de fluido de regiones que están a una temperatura, a regiones que están a otra temperatura. Ejemplo.: los calefactores dentro de la casa.
-Radiación: se transmite a través de ondas electromagnéticas. Ejemplo: La energía solar.
Equilibrio termodinámico
Se puede decir que un sistema está en equilibrio termodinámico cuando no se observa ningún cambio en sus propiedades termodinámicas a lo largo del tiempo y que un estado de no equilibrio es un estado con intercambios netos de masa o energía.
Un sistema está en equilibrio termodinámico cuando se dan simultáneamente tres situaciones:
Un sistema está en equilibrio termodinámico cuando se dan simultáneamente tres situaciones:
- Equilibrio térmico (que la temperatura no cambie).
- Equilibrio químico (que su composición no cambie).
- Equilibrio mecánico (que no se produzcan movimientos en el sistema).
Un ejemplo es un vaso con agua al que se le introduce un hielo, en este caso existen tres sistemas los cuales son el agua, el hielo y el aire, estos sistemas en determinado tiempo llegaran a un equilibrio termodinámico. El agua le transfiere calor al hielo, haciendo que la temperatura de este aumente y provocando el cambio de estado, estos dos sistemas buscan el equilibrio termodinámico con un tercer sistema, el aire.
Ley cero de la termodinámica
La Ley cero de la termodinámica: si se tienen dos cuerpos A y B, con diferente temperatura uno de otro, y se ponen en contacto, en un tiempo determinado t, alcanzarán la misma temperatura. Si luego un tercer cuerpo, llamado 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.
Un ejemplo es con un termómetro, si pone un cuerpo más caliente sobre otro más frio estos después de cierto rato equilibran su temperatura y se pone un termómetro este después de un tiempo queda en equilibrio térmico con el cuerpos, y su sustancia termométrica alcanza un nivel que dice la referencia de la temperatura que se tiene.
Un ejemplo es con un termómetro, si pone un cuerpo más caliente sobre otro más frio estos después de cierto rato equilibran su temperatura y se pone un termómetro este después de un tiempo queda en equilibrio térmico con el cuerpos, y su sustancia termométrica alcanza un nivel que dice la referencia de la temperatura que se tiene.
Ecuación del gas ideal y leyes de los gases
La Presión de un gas sobre las paredes del recipiente que lo contiene, el Volumen que ocupa, la Temperatura a la que se encuentra y la cantidad de sustancia que contiene (número de moles) están relacionadas. A partir de las leyes de Boyle-Mariotte, Charles- Gay Lussac y Avogadro se puede determinar la ecuación que relaciona estas variables conocida como Ecuación de Estado de los Gases Ideales: PV=nRT. El valor de R (constante de los gases ideales) es de 0,082 (atm.L/K.mol ).
Volumen en relación con temperatura y número de partículas
del simulador se obtuvo la siguiente tabla, estos valores se pueden obtener con la ecuacion de los gases
Primera y segunda Ley de la termodinámica
La Primera Ley
Se trata de la ley de conservación de la energía «La energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma», es decir, la energía en juego es siempre la misma. Si hay una ganancia de energía, es a costa de algo o alguien, y si hay pérdidas, debe ir a algún sitio.
La Segunda Ley
«La entropía de un sistema (cerrado y que no esté en equilibrio), tiende a incrementarse con el tiempo, hasta alcanzar el equilibrio».
La entropía es la energía no aprovechable para realizar un trabajo. Es decir, una energía que está ahí, pero que no se puede utilizar, esto es posible debido a que cualquier objeto del universo, al estar a una temperatura superior al cero absoluto (0 K), tiene una energía interna, que se denomina calor, aprovechar ese calor, el objeto debe transferirlo a otro de menor temperatura.
No se puede transformar el 100% del calor en energía aprovechable. En todo proceso, habrá pérdidas de energía, en forma de calor, que se utilizará para elevar la temperatura de algún componente del entorno. El calor fluye de forma natural de los cuerpos de mayor temperatura, a los de menor.
Se trata de la ley de conservación de la energía «La energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma», es decir, la energía en juego es siempre la misma. Si hay una ganancia de energía, es a costa de algo o alguien, y si hay pérdidas, debe ir a algún sitio.
La Segunda Ley
«La entropía de un sistema (cerrado y que no esté en equilibrio), tiende a incrementarse con el tiempo, hasta alcanzar el equilibrio».
La entropía es la energía no aprovechable para realizar un trabajo. Es decir, una energía que está ahí, pero que no se puede utilizar, esto es posible debido a que cualquier objeto del universo, al estar a una temperatura superior al cero absoluto (0 K), tiene una energía interna, que se denomina calor, aprovechar ese calor, el objeto debe transferirlo a otro de menor temperatura.
No se puede transformar el 100% del calor en energía aprovechable. En todo proceso, habrá pérdidas de energía, en forma de calor, que se utilizará para elevar la temperatura de algún componente del entorno. El calor fluye de forma natural de los cuerpos de mayor temperatura, a los de menor.
Trabajo termodinámico
El trabajo es una forma de energía que se transfiere desde el sistema hacia los alrededores o viceversa por medio de tres maneras:
- Modificación de los límites del sistema, en este sentido, toda la superficie que cubre el sistema o parte de ella se mueve provocando el desplazamiento de objetos, rotación de ejes, traduciendo estos movimientos en la elevación de un peso.
- Movimiento de toda la superficie que cubre el sistema o parte de ella.
- Movimiento de electrones que provocan un flujo de corriente eléctrica requerida en los motores eléctricos.
conclusiones
Se obtuvieron los conceptos básicos de la termodinámica, como sistema y entorno, los tipos de sistema, el comportamiento de sus variables.
Los enunciados de las leyes de la termodinámica que enuncian el comportamiento de la energía.
En cuanto a la evaluación por medio del blog, tal vez sea una forma didáctica pero prefiero la tradicional, ya que esto lo siento un poco limitado a cuanto información se proporciona.
Los enunciados de las leyes de la termodinámica que enuncian el comportamiento de la energía.
En cuanto a la evaluación por medio del blog, tal vez sea una forma didáctica pero prefiero la tradicional, ya que esto lo siento un poco limitado a cuanto información se proporciona.
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