UNIVERSIDAD ABIERTA Y A DISTANCIA DE MEXICO
EVIDENCIA DE APRENDIZAJE. ESCALANDO EL POPO: ELECCIÓN DE MODELOS
ALUMNO: TERESA GUADALUPE AGUILAR CRUZ MAESTRO: JAVIER TEPEPA MARTINEZ GRUPO: BI-TER-1301-000 MATERIA: TERMODINAMICA
LUNES 01 DE ABRIL DEL 2013
DESCRIBE LOS SISTEMAS TERMODINÁMICOS QUE SE PRESENTAN EN LA IMAGEN DE ACUERDO A LA LEY CERO Y PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA
En la imagen se muestra una nube de vapor la cual está por arriba del cráter del volcán, esto es un proceso termodinámico, donde se genera un choque de gases y de cuerpos a diferentes temperaturas, existe transferencia y recibimiento de calor, esto es un transporte de energía. La actividad volcánica comienza cuando el magma del interior de la tierra ser acumula en las cámaras magmáticas, la presión va aumentando hasta que llega a ser tan fuerte que necesita salir. Entonces se abre paso por la chimenea hasta la superficie y es cuando tiene lugar la erupción volcánica. En cuanto el magma sale a la superficie, se convierte en lava que desciende por las laderas del cono volcánico formando grandes mantas o coladas. Si la lava es poco líquida se solidifica rápidamente y se forman mantos muy cortos que a veces obstruyen el cráter hasta que se produce una nueva explosión donde se rompe o se acumula por encima del cráter formando agujas que pueden alcanzar cientos de metros de altura. Si la presión en el interior de un volcán no es suficientemente alta para que el magma salga a la superficie, éste puede estar dormido o apagado. Se dice que está dormido cuando puede entrar en erupción de nuevo y apagado cuando no se espera que entre en erupción. Las erupciones de los volcanes no son siempre de la misma forma. A veces son silenciosas y tranquilas y otras son violentas y con grandes explosiones. Esto depende de la composición del magma y de la cantidad de gases que lo acompañan. UTILIZA LA PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA PARA RESOLVER E INTERPRETAR LOS SISTEMAS TERMODINÁMICOS QUE SE PLANTEARON EN EL PROBLEMA DE LA EVIDENCIA DE LA UNIDAD UNO. Comencemos con una propiedad de llamada En erg ía . El término energía tiene diversas acepciones y definiciones, relacionadas con la idea de una capacidad para realizar trabajo, transformar, poner en movimiento. Todos los cuerpos, pueden poseer energía debido a su movimiento, a su composición química, a su posición, a su temperatura, a su masa y a algunas otras propiedades. Es muy difícil dar una definición concreta y contundente de energía, ya que la energía no es un ente físico real, ni una "sustancia intangible" sino sólo un número escalar que se le asigna al estado del sistema físico, es decir, la energía es una herramienta o abstracción matemática de una propiedad de
los sistemas. Podemos medir las interacciones en el cambio de energía de un sistema, como su velocidad, su temperatura, su carga eléctrica. Debe quedar claro que la energía es una propiedad y sus diferentes manifestaciones es lo que comúnmente llamamos d i f e r e n t e s f o r m a s d e en er g í a. Es un error, tal vez con poca importancia pero muy recurrente, hablar de en erg ías , como ejemplo Energías Renovables, ya que sólo existe el concepto energía (de manera singular) lo correcto será Fuentes Reno vables d e En er g í a . El uso de la magnitud energía en términos prácticos se justifica porque es mucho más fácil trabajar con magnitudes escalares, como lo es la energía, que con magnitudes vectoriales como la velocidad y la posición. Así, se puede describir completamente la dinámica de un sistema en función de las energías cinética, potencial y de otros tipos de sus componentes. En la práctica, en las situaciones no-relativistas, se tiende, en primera aproximación (normalmente muy buena), a descomponer la energía total en una suma de términos que se llaman las diferentes formas de la energía. La energía potencial y la energía cinética son dos elementos a considerar, tanto en la mecánica como en la termodinámica. Estas formas de energía se originan por la posición y el movimiento de un sistema en conjunto, y se conocen como la energía externa del sistema. Sin duda, un tema muy importante en la termodinámica es analizar la energía interior de la materia, energía asociada con el estado interno de un sistema que se llama en er g ía i n t e r n a . Cuando se especifica un número suficiente de coordenadas termodinámicas, como por ejemplo, temperatura y presión, se determina el estado interno de un sistema y se fija su energía interna. En general (para un sistema no-relativista), la energía total, , de un sistema puede descomponerse en la energía inherente la energía cinética , la ene rgía pot
de la masa ,
encial , y la energía interna , esto es, donde: la energía potencial depende de los campos externos a los que está sometido el sistema y está dada como función de la posición. La energía interna que considera la energía de las partículas que constituyen el sistema y sus interacciones a corta distancia. En realidad, esta descomposición permite distinguir entre las formas de energía mecánica ( y ) y una forma de energía termodinámica () que tiene
sentido para un sistema estadístico constituido por un gran número de partículas. El cambio de energía total del sistema puede descomponerse en Escalando el Popo: Elección de modelos Donde y representan
el cambio de su energía externa (cinética y potencial respectivamente), y representa el cambio de su energía i n t e r n a, dada por la energía cinética y potencial de las moléculas, átomos y partículas subatómicas que constituyen el sistema. Como se indicó, la energía interna de un sistema , tiene la forma de energía cinética y potencial de las moléculas, átomos y partículas subatómicas que constituyen el sistema, es decir,
Donde la energía cinética interna es la suma de la energía cinética de todas las partículas del sistema, y la energía potencial interna es la suma de la energía potencial debida a la interacción de todas las partículas entre si,
Pero qué hay respecto a la medición de la energía. Sólo las diferencias de energía, en lugar de los valores absolutos de energía, tienen significado físico, tanto a nivel atómico como en sistemas macroscópicos. Convencionalmente se adopta algún estado particular de un sistema como estado de referencia, la energía del cual se asigna arbitrariamente a cero. La energía de un sistema en cualquier otro estado, relativa a la energía del sistema en el estado de referencia, se llama la energía termodinámica del sistema en ese estado y se denota por el símbolo . Con base en la observación se llega a las siguientes aseveraciones 1. Existe para cada sistema una propiedad llamada energía . La energía del sistema se puede considerar como la suma de la energía interna , de energía cinética , de energía potencial , y de energía química . a). Así como la Ley de Cero definió la propiedad `` temperatura'' la Primera Ley define la propiedad llamada ``energía''. b). En termodinámica, comparado con lo que comúnmente se discute en los curso de física o dinámica, se utilizan los términos energía interna y la
energía química para describir el sistema en estudio. Cabe señalar que este curso deja de lado la energía química pero no descuidaremos la energía interna. En la figura se muestra el movimiento aleatorio o desorganizado de las moléculas de un sistema. Puesto que el movimiento molecular es sobre todo una función de la temperatura, la energía interna es a veces llamada energía térmica.
Figure 12: Incremento de la energía interna como consecuencia de la trasferencia de calor. La energía interna por unidad de masa , es una función del estado del sistema. Así
Recordemos que para sustancias puras el estado entero del sistema está especificado si se consideran dos propiedades. 2. El cambio en energía de un sistema es igual a la diferencia entre el cal or agregado al sistema y el trabajo hecho por el sistema, (las unidades son Joules, ) Donde es
la
energía
del
sistema, es
el
calor
suministrado al sistema, y es el trabajo hecho por el sistema, recordemos que
a). Al igula que la Ley Cero, La primera Ley describe el comportamiento de esta nueva propiedad, la energía.
b). La ecuación también se puede escribir con base en unidad por masa, tal
que c). En muchas situaciones la energía potencial, la energía cinética, y la energía química del sistema son constantes, entonces
y por tanto podemos escribir
d). Se observa que y no son funciones de estado, sólo , que es consecuencia del movimiento molecular y que depende del estado del sistema. La energía interna no depende de la ruta o trayectoria que siguió el sistema entre el estado inicial y el estado final. Se debe tener en mente que es independiente de la ruta o trayectoria mientras que y no los son. Esta diferencia se enfatiza matemáticamente escribiendo
donde el símbolo se utiliza para denotar que estos son diferenciales inexactas pues dependen de la trayectoria. Para la diferencial esta representa un cambio infinitesimal en el valor de y la integración da una diferencia entre dos valores tal que mientras que denota una cantidad infinitesimal y la integración da una cantidad finita tal que
y
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5. En la convención de signos Se define como positivo si se transfiere calor se transfiere del sistema hacia los
hacia el sistema, si el alrededores es negativa
Se define como positivo si el trabajo es hecho por el sistema, mientras que si el trabajo se hace sobre el sistema ( desde el medio hacia el sistema) se define como negativo
