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ESTE ES EL BLOG DEL EQUIPO N° 7, Y SE LES VA A PRESENTAR EL TEMA "PROCESOS TERMODINÁMICOS".
EN EL CUÁL EL OBJETIVO DE ÉSTE, ES TENER UN APOYO MÁS SOBRE EL TEMA EN INTERNET Y QUE TODAS LAS PERSONAS QUE BUSQUEN INFORMACIÓN SOBRE EL TEMA, TENGAN ACCESO A ESTE DINÁMICO BLOG, DONDE SERÁ MÁS FÁCIL, RÁPIDA Y ENTRETENIDA LA COMPRENSIÓN DEL TEMA, GRACIAS A LAS IMÁGENES Y A LA INFORMACIÓN SINTETIZADA, ADEMÁS DEL DISEÑO QUE SE ELIGIÓ CON EL PROPÓSITO DE BRINDAR A LOS LECTORES UN AGRADABLE SITIO DE INFORMACIÓN.
A CONTINUACIÓN EL EQUIPO N° 7 LES MUESTRA UNA SERIE DE TEMAS Y SUBTEMAS MUY COMPLETOS Y ORGANIZADOS, ESPERANDO LES PUEDA SER ÚTIL Y CÓMODO...

2.1.1 TERMODINÁMICA

La termodinámica significa movimiento del calor, y es la rama de la física que se encarga del estudio de la transformación del calor en trabajo mecánico y viceversa.

SISTEMA TERMODINÁMICO

Un sistema termodinámico es una parte del universo que se separa con la finalidad de ponerla a estudiar. Un sistema puede ser un recipiente cualquiera, el cual se aislará del resto del universo y podrá considerarse que tenga paredes que permitan el intercambio o no del calor.

FRONTERA

La frontera es el límite que separa el sistema de los alrededores. Generalmente son paredes que pueden ser:

* Diatérmicas
* Adiabáticas

PARED DIATÉRMICA

Una pared diatérmica es una buena conductora de calor. Permite el intercambio de calor entre el sistema y sus alrededores y viceversa. Generalmente la pared diatérmica es metal o vidrio.

PARED ADIABÁTICA

Una pared adiabática se caracteriza por no permitir la interacción térmica del sistema con los alrededores. Generalmente se construyen de materiales malos conductores del calor como porcelana o asbesto.

Diatérmica y Adiabática

EQUILIBRIO TERMODINÁMICO

El equilibrio termodinámico se alcanza cuando después de cierto tiempo de poner en contacto un sistema a baja temperatura con otro sistema a mayor temperatura se iguala, por lo que ya no hay intercambio de calor.

ENERGÍA INTERNA

La energía interna (Ei) es la energía contenida en el interior de las sustancias.
Se define como la suma de energía cinética y, potencial de las moléculas individuales que la forman. Cuanto mayor sea la temperatura de un sistema también lo será su energía interna.

Debido a que no se puede determinar el valor absoluto de la energía interna, se cuantifica la variación que sufre. (AEi). En cuanto al signo:

( -) NEGATIVO: Cuando disminuye dentro del sistema.

(+) POSITIVO: Cuando aumenta.

2.1.2 EQUIVALENTE MECÁNICO DEL CALOR

El equivalente mecánico del calor fue establecido por James Prescott Joule, físico ingles autor de importantes trabajos sobre la teoría mecánica del calor a mediados del siglo XIX.

Demostró que cierta variación de temperatura indica un cambio de energía interna y aparece que se pierde determinada cantidad de energía mecánica. Para ello, colocó agua en un recipiente aislado que evitaba pérdidas de calor. Su finalidad era medir el incremento de temperatura, consecuencia de la agitación provocada por paletas giratorias movidas al descender pesas. en todos sus resultados encontró que 1J=0.24cal ó 1cal=4.2J, por lo que concluyó que la energía mecánica y la energía que causaba la diferencia de temperatura del agua eran equivalentes.
El equivalente mecánico del calor es representado por las anteriores equivalencias, que indican la cantidad de energía mecánica que se transforma o se disipa en forma de calor; esto es, por cada Joule de trabajo se producen 0.24 calorías y cuando una caloría de energía calorífica se transforma se obtiene un trabajo de 4.2J

2.1.3 PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA

PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA

La Primera ley de la termodinámica establece que la variación de la energía interna de un sistema es igual ala energía que transfiere o recibe los alrededores en forma de calor y de trabajo, de forma tal que se cumple que la energía no se crea ni se destruye sino que solamente se transforma. El trabajo es negativo cuando los alrededores realizan trabajo sobre el sistema.

formula:

AEi = Q - Tr
____________________________________________________
AEi Variación de la energía interna J (Joule)
Q Calor J (Joule)
Tr Trabajo mecánico 1J=Nm
____________________________________________________
1cal = 4.2J 1J = 0.24cal

____________________________________________________
Tr: Positivo, si se realiza trabajo sobre los alrededores
Tr: Negativo, si los alrededores hacen trabajo sobre el sistema

____________________________________________________
Q: Positivo, si entra al sistema
Q: Negativo, si sale del sistema

PROCESO TERMODINÁMICO

Un gas experimenta un proceso termodinámico cuando varía su presión, volumen o temperatura. Los procesos termodinámicos se clasifican en: isotérmicos, isobáricos, isocóricos y adiabáticos.

2.1.4 PROCESO ISOTÉRMICO

Un proceso isotérmico o isotermo se presenta cuando la temperatura del sistema, independientemente de los cambios de volumen o presión que sufra siempre permanece constante. Este proceso se rige por la ley de Boyle-Mariotte: Robert Boyle.

Esta ley descubrió que relaciona la presión y el volumen de los ases a temperatura constante. Por ejemplo la comprensión y expansión de un gas en contacto permanente con un termostato. Una analogía sería considerar al cuerpo humano como ejemplo de sistema isotérmico, ya que para su correcto funcionamiento, debe mantener una temperatura constante alrededor de 36°, aunque en ciertos momentos experimente cambios en volumen o presión.

Otro ejemplo de un caso en el que deseamos que la temperatura permanezca constante es al momento de prender el aire acondicionado de un automóvil o casa.

Si un proceso isotérmico formado por un gas experimenta una expansión isotérmica, para que la temperatura permanezca constante la cantidad de calor recibido debe ser igual al trabajo que realiza durante la expansión. Pero si presenta una compresión isotérmica, para que la temperatura también permanezca constante el gas tiene que liberar una cantidad de calor igual al trabajo desarrollado en él.
Debido a que la temperatura no cambia, su energía interna (AEi) es igual a cero, por lo que se cumple que: (Ei es constante) (AEi=0) Q=Tr.

2.1.5 PROCESO ISOBÁRICO

Es proceso isobárico cuando hay una variación del volumen o temperatura y la presión permanece constante, no importando si el gas sufre una compresión o una expansión. Este proceso se rige por la ley de Charles: Jacques A. Charles.


Un ejemplo cotidiano de este proceso se presenta cuando se desprende vapor al hervir agua en un recipiente abierto a la atmósfera. la presión permanece constante, de forma tal que entre mayor sea la temperatura el volumen desprendido aumenta. Otro ejemplo es la variación que experimenta una pelota conforme los rayos del sol inciden sobre ella.

2.1.6 PROCESO ISOCÓRICO

Un proceso isocórico o isovolumétrico se presenta cuando el volumen del sistema permanece constante. Debido a que la variación del volumen es cero, no se realiza trabajo ni sobre el sistema ni de este ultimo sobre los alrededores, por lo que se cumple que Tr=0 y AEi= Q. Estas últimas expresiones indican que todo el calor suministrado aumentara en la misma proporción a la energía interna. En general, se presenta cuando un gas se calienta dentro de un recipiente con volumen fijo.
En el caso de calentar dos masas iguales de gas, una a presión constate y otra a volumen constante, para que logren el mismo incremento de temperatura se requiere proporcionar mayor calor al sistema a presión constante (Qp>Qv). Ello se debe a que en el proceso isobárico el calor suministrado se usa para aumentar la energía interna y efectuar trabajo, mientras que en el proceso isocórico todo el calor se usa para incrementar exclusivamente la energía interna.

Ejemplo 25. Proceso isocòrico

Un recipiente hermético que mantiene su volumen constante contiene gas. Si se le suministran 50 calorías desde el exterior ¿que variación de energía interna presenta?

1. Esquema

2. Datos 3. Incógnita
Q= 50 cal AEi=? J

No hay incremento de volumen
AV=0

4. Ecuación
AE= Q-Tr
• Al no aver variación de volumen no se efectúa trabajo, por lo que este es cero, Tr=0.
• Por tanto la ecuación anterior se reduce a AE i=Q
• El calor es positivo debido a que entra al sistema.

5. Conversiones 6. Sust. y Op. 7. Resultado
1cal= 4.2J AEi= Q= 210J AEi= 210J
Q= 50cal (4.2J/1cal) =210 J

La variación de energía interna aumenta debido a que se le suministro calor al sistema.

2.1.7 PROCESO ADIABÁTICO

Ocurre un proceso adiabático cuando el sistema no sede ni recibe calor, cumpliéndose que (Q=0) y AEi= -Tr, aun cuando el gas aun cuando el gas puede representar expansión o comprensión.

CALENTAMIENTO POR COMPRESIÓN

Si un gas sufre de compresión rápida, disminuye su volumen, se produce calor y se incrementa la temperatura.
Si por algún motivo es necesario que el proceso sea isotérmico, el gas deberá contenerse dentro de un refrigerador que le extraiga el calor que se genera.

ENFRIAMIENTO POR EXPANSIÓN

Cuando un gas comprimido se expande rápidamente disminuye la temperatura, debido a que debe hacer trabajo sobre los alrededores y para conseguirlo debe disminuir su energía interna.


CONDICIONES QUE SE CUMPLEN PARA LOS PROCESOS TERMODINÁMICOS.
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Proceso Primera ley de la termodinámica AEi=Qi-Tr
_____________________________________________________________
Isotérmico T Constante AEi=0 Q=Tr
_____________________________________________________________
Isocórico V Constante Tr=0 AEi=Q _____________________________________________________________
Isobárico Pr Constante Tr=Pr(Vf-Vi) AEi=Q-Tr
_____________________________________________________________
Adiabático No hay intercambio de calor Q=0 AEi=-Tr
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