LA PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA

1.- ¿Qué estudia la termodinámica?

Es la rama de la física que describe los estados de equilibrio a nivel macroscópico.^[3] Constituye una teoría fenomenológica, a partir de razonamientos deductivos, que estudia sistemas reales, sin modelizar y sigue un método experimental.^[4] Los estados de equilibrio son estudiados y definidos por medio de magnitudes extensivas tales como la energía interna, la entropía, el volumen o la composición molar del sistema,^[5] o por medio de magnitudes no-extensivas derivadas de las anteriores como la temperatura, presión y el potencial químico; otras magnitudes tales como la emanación, la fuerza electromotriz y las asociadas con la mecánica de los medios continuos en general también pueden ser tratadas por medio de la Termodinámica.

2.- ¿Qué es un sistema termodinámico?
Un sistema termodinámico es una parte del Universo que se aísla para su estudio. El sistema termodinámico es parte de la tierra, se da en el agua, en el viento y en las reacciones físicas y químicas, por eso se dice que es un sistema universal, porque se da en todos lados, es globalmente proporcional.
Este aislamiento se puede llevar a cabo de una manera real, en el campo experimental, o de una manera ideal, cuando se trata de abordar un estudio teórico.
3.- ¿Qué es un proceso adiabático?
En termodinámica se designa como proceso adiabático a aquél en el cual el sistema (generalmente, un fluido que realiza un trabajo) no intercambia calor con su entorno. Un proceso adiabático que es además reversible se conoce como proceso isotrópico. El extremo opuesto, en el que tiene lugar la máxima transferencia de calor, causando que la temperatura permanezca constante, se denomina proceso isotérmico.
El término adiabático hace referencia a elementos que impiden la transferencia de calor con el entorno.

4. ¿Qué es una pared diatérmica?

Es aquella que permite libremente el flujo del calor entre el sistema y los alrededores

5. ¿Qué es la energía interna?

En física, la energía interna (U) de un sistema intenta ser un reflejo de la energía a escala microscópica. Más concretamente, es la suma de:

• la energía cinética interna, es decir, de las sumas de las energías cinéticas de las individualidades que lo forman respecto al centro de masas del sistema, y de
• la energía potencial interna, que es la energía potencial asociada a las interacciones entre estas individualidades.^[1]

La energía interna no incluye la energía cinética traslacional o rotacional del sistema como un todo. Tampoco incluye la energía potencial que el cuerpo pueda tener por su localización en un campo gravitacional o electrostático externo

6. ¿Qué es la energía cinética?

En un sistema físico, la energía cinética de un cuerpo es energía que surge en el fenómeno del movimiento. Está definida como el trabajo necesario para acelerar un cuerpo de una masa dada desde el reposo hasta la velocidad que posee. Una vez conseguida esta energía durante la aceleración, el cuerpo mantiene su energía cinética salvo que cambie su velocidad o su masa. Para que el cuerpo regrese a su estado de reposo se requiere un trabajo negativo de la misma magnitud que su energía cinética. Suele abreviarse con letra E_c o E_k (a veces también T o K).

7. ¿Qué es la energía potencial?

En un sistema físico, la energía potencial es energía que mide la capacidad que tiene dicho sistema para realizar un trabajo en función exclusivamente de su posición o configuración. Puede pensarse como la energía almacenada en el sistema, o como una medida del trabajo que un sistema puede entregar. Suele abreviarse con la letra o .

8. ¿Cuáles son los tipos de trabajo termodinámico?

1. Trabajo PV, (expansión - compresión) - este es el trabajo hecho por un sistema al expandirse o contraerse contra un presión externa.

Este producto tiene unidades de energía ya que 1 L-atm = 101.3 J.
a. Si DV > 0, w < 0, por lo tanto el sistema hace trabajo sobre el ambiente.
b. Si DV < 0, w > 0, por lo tanto el ambiente hace trabajo sobre el sistema.
c. A volumen constante DV = 0 , w = 0, por lo tanto DU = q, (q _V). El calor liberado o absorbido se puede medir en un calorímetro.
d. A presión constante DP = 0, DU = q_P - PDV por lo tanto q_P = U + PDV. Esta expresión se convierte en una nueva propiedad termodinámica que se conoce como entalpía.
2. Nueva propiedad termodinámica: H = ENTALPÍA
H = U + PV o DH = DU + D (PV).
Entonces q_P = DH a presión constante y la entalpía es una función de estado.
3. Trabajo eléctrico (w_elec) se asocia a otra propiedad termodinámica que se llama energía libre de Gibbs, G y trabajo magnético (w_magn) que tiene una magnitud descartable comparada con los mencionados anteriormente, se tomarán en consideración en cursos más avanzados.

9. ¿Cuál es el postulado de la primera ley de la termodinámica?

En cualquier procedimiento termodinámico, el calor neto absorbido por un sistema es igual a la suma del trabajo neto que este realiza y el cambio de energía interna

10. ¿Qué es el trabajo de flujo?

Es el estudio de los aspectos operacionales de una actividad de trabajo: cómo se estructuran las tareas, cómo se realizan, cuál es su orden correlativo, cómo se sincronizan, cómo fluye la información que soporta las tareas y cómo se le hace seguimiento al cumplimiento de las tareas. Generalmente los problemas de flujo de trabajo se modelan con redes de Petri.

11. ¿Cuál es el modelo matemático de la primera ley de la termodinámica?

En un sistema cerrado adiabático que evoluciona de un estado inicial A a otro estado final B, el trabajo realizado no depende ni del tipo de trabajo ni del proceso seguido

12. ¿Qué expresa la ecuación de continuidad?

La ecuación de continuidad viene derivada de dos de las ecuaciones de Maxwell. Establece que la divergencia de la densidad de corriente es igual al negativo de la derivada de la densidad de carga respecto del tiempo:

En otras palabras, sólo podrá haber un flujo de corriente si la cantidad de carga varía con el paso del tiempo, ya que está disminuyendo o aumentando en proporción a la carga que es usada para alimentar dicha corriente.

13. ¿Cuál es su modelo matemático y como se aplica en la práctica?

Si la cantidad de carga varía con el paso del tiempo, ya que está disminuyendo o aumentando en proporción a la carga que es usada para alimentar dicha corriente la cantidad de carga varía con el paso del tiempo, ya que está disminuyendo o aumentando en proporción a la carga que es usada para alimentar dicha corriente

14. ¿Cuál es el principio del Dr. Mayer?

La velocidad a lo largo de la superficie de separación del

Sistema no sufre discontinuidades.

• Es la misma a un lado y otro de la superficie sean dos

Medios iguales o diferentes

Video

15. ¿Qué es una máquina térmica?

Una máquina térmica es un conjunto de elementos mecánicos que permite intercambiar energía, generalmente a través de un eje, mediante la variación de energía de un fluido que varía su densidad significativamente al atravesar la máquina. Se trata de una máquina de fluido en la que varía el volumen específico del fluido en tal magnitud que los efectos mecánicos y los efectos térmicos son interdependientes.

16. ¿Qué es una maquina hidráulica?

Una Máquina hidráulica es una variedad de máquina de fluido que emplea para su funcionamiento las propiedades de un fluido incompresible o que se comporta como tal, debido a que su densidad en el interior del sistema no sufre variaciones importantes.

CALOR ESPECIFICO Y CALOR LATENTE

UNIVERSIDAD AUTONOMA DE MEXICO

FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES ARAGON

RAMIREZ CABRERA CINTYA BERENICE

INGENIERIA INDUSTRIAL

GRUPO: 1354

APLICACIONES DE PROPIEDADES DE LA MATERIA

PRACTICA # 3

“CALOR ESPECIFICO Y CALOR LATENTE”

1.     Que entiendes por energía.

En la física, la ley universal de conservación de la energía, que es la base para el primer principio de la termodinámica, indica que la energía ligada a un sistema aislado permanece en el tiempo. No obstante, la teoría de la relatividad especial establece una equivalencia entre masa y energía por la cual todos los cuerpos, por el hecho de estar formados de materia, contienen energía; además, pueden poseer energía adicional que se divide conceptualmente en varios tipos según las propiedades del sistema que se consideren. Por ejemplo, la energía cinética se cuantifica según el movimiento de la materia, la energía química según la composición química, la energía potencial según propiedades como el estado de deformación o a la posición de la materia en relación con las fuerzas que actúan sobre ella y la energía térmica según el estado termodinámico.

2.     Defina calor específico.

El calor específico es una magnitud física que se define como la cantidad de calor que hay que suministrar a la unidad de masa de una sustancia o sistema termodinámico para elevar su temperatura en una unidad (kelvin o grado Celsius). En general, el valor del calor específico depende de dicha temperatura inicial.^{[1] [2]} Se la representa con la letra (minúscula).

3.     ¿Qué es la capacidad calorífica?

La capacidad calorífica de un cuerpo es el cociente entre la cantidad de energía calorífica transferida a un cuerpo o sistema en un proceso cualquiera y el cambio de temperatura que experimenta. En una forma menos formal es la energía necesaria para aumentar 1 K la temperatura de una determinada cantidad de una sustancia, (usando el SI).^[1] Indica la mayor o menor dificultad que presenta dicho cuerpo para experimentar cambios de temperatura bajo el suministro de calor. Puede interpretarse como una medida de inercia térmica. Es una propiedad extensiva, ya que su magnitud depende, no solo de la sustancia, sino también de la cantidad de materia del cuerpo o sistema; por ello, es característica de un cuerpo o sistema particular. Por ejemplo, la capacidad calorífica del agua de una piscina olímpica será mayor que la de un vaso de agua. En general, la capacidad calorífica depende además de la temperatura y de la presión.

La capacidad calorífica no debe ser confundida con la capacidad calorífica específica o calor específico, el cual es la propiedad intensiva que se refiere a la capacidad de un cuerpo «para almacenar calor»,^[2] y es el cociente entre la capacidad calorífica y la masa del objeto. El calor específico es una propiedad característica de las sustancias y depende de las mismas variables que la capacidad calorífica.^[1]

4.     Cuantos tipos de energía conoces.

Energía liberada durante la fisión o fusión de núcleos atómicos. Las cantidades de energía que pueden obtenerse mediante procesos nucleares superan con mucho a las que pueden lograrse mediante procesos químicos, que sólo implican las regiones externas del átomo.

La energía de cualquier sistema, ya sea físico, químico o nuclear, se manifiesta por su capacidad de realizar trabajo o liberar calor o radiación. La energía total de un sistema siempre se conserva, pero puede transferirse a otro sistema o convertirse de una forma a otra.


Energía cinética
Energía que un objeto posee debido a su movimiento. La energía cinética depende de la masa y la velocidad del objeto según la ecuación


E = 1mv2


donde m es la masa del objeto y v2 la velocidad del mismo elevada al cuadrado. El valor de E también puede derivarse de la ecuación


E = (ma)d


donde a es la aceleración de la masa m y d es la distancia a lo largo de la cual se acelera. Las relaciones entre la energía cinética y la energía potencial, y entre los conceptos de fuerza, distancia, aceleración y energía, pueden ilustrarse elevando un objeto y dejándolo caer.

Cuando el objeto se levanta desde una superficie se le aplica una fuerza vertical. Al actuar esa fuerza a lo largo de una distancia, se transfiere energía al objeto. La energía asociada a un objeto situado a determinada altura sobre una superficie se denomina energía potencial. Si se deja caer el objeto, la energía potencial se convierte en energía cinética. Véase Mecánica.

Energía potencial
Energía almacenada que posee un sistema como resultado de las posiciones relativas de sus componentes. Por ejemplo, si se mantiene una pelota a una cierta distancia del suelo, el sistema formado por la pelota y la Tierra tiene una determinada energía potencial; si se eleva más la pelota, la energía potencial del sistema aumenta. Otros ejemplos de sistemas con energía potencial son una cinta elástica estirada o dos imanes que se mantienen apretados de forma que se toquen los polos iguales.

Para proporcionar energía potencial a un sistema es necesario realizar un trabajo. Se requiere esfuerzo para levantar una pelota del suelo, estirar una cinta elástica o juntar dos imanes por sus polos iguales. De hecho, la cantidad de energía potencial que posee un sistema es igual al trabajo realizado sobre el sistema para situarlo en cierta configuración. La energía potencial también puede transformarse en otras formas de energía. Por ejemplo, cuando se suelta una pelota situada a una cierta altura, la energía potencial se transforma en energía cinética.

Energía Hidráulica
Ya desde la antigüedad, se reconoció que el agua que fluye desde un nivel superior a otro inferior posee una determinada energía cinética susceptible de ser convertida en trabajo, como demuestran los miles de molinos que a lo largo de la historia fueron construyéndose a orillas de los ríos.

Energía Solar
Energía radiante producida en el Sol como resultado de reacciones nucleares de fusión . Llega a la Tierra a través del espacio en cuantos de energía llamados fotones, que interactúan con la atmósfera y la superficie terrestres. La intensidad de la radiación solar en el borde exterior de la atmósfera, si se considera que la Tierra está a su distancia promedio del Sol, se llama constante solar, y su valor medio es 1,37 × 106 erg/s/cm2, o unas 2 cal/min/cm2. Sin embargo, esta cantidad no es constante, ya que parece ser que varía un 0,2% en un periodo de 30 años. La intensidad de energía real disponible en la superficie terrestre es menor que la constante solar debido a la absorción y a la dispersión de la radiación que origina la interacción de los fotones con la atmósfera.
La intensidad de energía solar disponible en un punto determinado de la Tierra depende, de forma complicada pero predecible, del día del año, de la hora y de la latitud. Además, la cantidad de energía solar que puede recogerse depende de la orientación del dispositivo receptor.


Energía Solar Térmica
Un sistema de aprovechamiento de la energía solar muy extendido es el térmico. El medio para conseguir este aporte de temperatura se hace por medio de colectores.

Energía Solar Fotovoltática
El sistema de aprovechamiento de la energía del Sol para producir energía eléctrica se denomina conversión fotovoltaica

5.     ¿El calor se le podría considerar como una energía?

Si

             ¿Por qué?

El calor es una forma de la energía que resulta del movimiento activo de las partículas de los cuerpos.

6.     ¿Qué característica tiene el calor sensible?

Cuando definimos la unidad de calor, mencionamos que el agregado de dicha energía provocaba un aumento de la temperatura, a ese estado calórico cuya variación de nivel puede determinarsemediante un termómetro, que es sensible a ella, se denomina calor sensible.

Se representa por la fórmula:

Q = m.c_e.(t°_f - t°_i)

Q es la cantidad de calor entregada o recibida por un cuerpo (Kcal)

m es la masa del cuerpo (Kg)

C_e es el calor específico de la sustancia (Kcal/Kg.°C)

T ° _i es la temperatura inicial del cuerpo (°C)

T ° _f es la temperatura final del cuerpo (°C)

7.     ¿Qué característica tiene el calor latente?

Una sustancia suele experimentar un cambio en su temperatura cuando se transfiere energía térmica entre la sustancia y sus alrededores. sin embargo, hay situaciones en las cuales la transferencia de energía térmica no produce un cambio de temperatura. Este es el caso siempre que las características tísicas de la sustancia cambian de una forma a otra, lo que comúnmente se conoce como un cambio de fase. Algunos cambios de fase comunes son sólido a líquido (fusión), líquido a gas (ebullición) y un cambio en la estructura cristalina de un sólido. Todos los cambios de fase implican un cambio en la energía interna.

La energía térmica necesaria para cambiar la fase de una masa dada, m, de una sustancia pura es

8.     Q = mL

9.     Explicar la ley de Joule.

Podemos describir el movimiento de los electrones en un conductor como una serie de movimientos acelerados, cada uno de los cuales termina con un choque contra alguna de las partículas fijas del conductor.

Los electrones ganan energía cinética durante las trayectorias libres entre choques, y ceden a las partículas fijas, en cada choque, la misma cantidad de energía que habían ganado. La energía adquirida por las partículas fijas (que son fijas solo en el sentido de que su posición media no cambia) aumenta la amplitud de su vibración o sea, se convierte en calor. Para deducir la cantidad de calor desarrollada en un conductor por unidad de tiempo, hallaremos primero la expresión general de la potencia suministrada a una parte cualquiera de un circuito eléctrico. Cuando una corriente eléctrica atraviesa un conductor, éste experimenta un aumento de temperatura. Este efecto se denomina “efecto Joule”.
Es posible calcular la cantidad de calor que puede producir una corriente eléctrica en cierto tiempo, por medio de la ley de Joule.

Supongamos, como en un calentador eléctrico, que todo el trabajo realizado por la energía eléctrica es transformado en calor. Si el calentador funciona con un voltaje V y un intensidad I durante un tiempo t, el trabajo realizado es :

W=VIt

y como cada J equivale a 0,24 cal, la cantidad de calor obtenido será :

Q=0.24 VIt

V debe medirse en volts, I en amperes y t en segundos, para que el resultado esté expresado en calorías.

La ley de Joule enuncia que :

" El calor que desarrolla una corriente eléctrica al pasar por un conductor es directamente proporcional a la resistencia, al cuadrado de la intensidad de la corriente y el tiempo que dura la corriente " .

9. ¿A cuánto equivale una caloría en Joules?

         

             caloría = 4,18 joules (o 1 joule = 0239 calorías)

10.           ¿Cómo se puede transformar energía mecánica en energía térmica?

        Es posible transformar integramente la energía mecánica en energía térmica. Por ejemplo, el trabajo realizado por la fuerza de rozamiento de un coche al frenar, transforma la energía cinética del mismo en energía térmica.
En cambio, mediante una máquina térmica (el motor de un coche, por ejemplo) sólo es posible transformar en energía mecánica una parte de la energía térmica disponible.
La energía térmica es, por tanto, menos útil que la energía mecánica para realizar un trabajo. La energía mecánica que se transforma en energía térmica no puede convertirse de nuevo totalmente en energía mecánica, por lo que decimos que la energía se degrada. Pierde calidad para realizar trabajo.

11.           ¿Cómo interpretas la entalpía?

Entalpía es una magnitud termodinámica, simbolizada con la letra H, cuya variación expresa una medida de la cantidad de energía absorbida o cedida por un sistema termodinámico, es decir, la cantidad de energía que un sistema puede intercambiar con su entorno.

12.           A que se refiere el equivalente mecánico de calor.

   

     Es la relación entre la unidad de energía joule (julio) y la unidad     de calor caloría.

13.           ¿Cuáles son los cambios de fase?

Fases son los estados de la materia que pueden existir en equilibrio y en contacto térmicos simultáneamente. [19, 257] Los cambios de fase ocurren cuando algunas de las variables utilizadas en la descripción macroscópica cambian bajo ciertas condiciones de equilibrio; ya sea por agentes externos o internos.

La descripción del fenómeno desde el punto de vista termodinámico lleva a utilizar la temperatura y presión como variables; los cuales permanecen constantes durante la transición. La entropía y el volumen son variables durante el proceso. Además, debido a que se realizan bajo condiciones de equilibrio termodinámico, los cambios de fase son reversibles.

Las isotermas en los diagramas son horizontales durante las transiciones de fase. Entonces, es posible describir completamente la transición conociendo el estado final y el estado inicial. Es independiente de los estados intermedios, se calculan los potenciales químicos y se encuentran las variables involucradas en la transición. Entre los cambios de fase más conocidos se encuentran: la fusión y la sublimación. Entre los cambios de fase menos conocidos se encuentra el pasar de un arreglo cristalino a otro. Como ejemplo de lo anotado, el grafito se convierte en diamante.  [19, 264]

Un punto ordinario de una transición de fase en un diagrama de estado no es únicamente una singularidad matemática de las cantidades termodinámicas de una sustancia. Para cada fase existen desigualdades que no son violadas en ese punto. En el punto de la transición los potenciales químicos son iguales en ambas fases. El punto crítico es un concepto introducido por D.I. Mendeleev en 1860. Indica la región del plano donde la sustancia se vuelve homogénea. Donde existe un punto crítico una transición contínua puede efectuarse entre dos estados de la sustancia sin separar las dos fases.

14.           Explicar la relación entre el calor y la Primera Ley de la termodinamica.

 esta ley permite definir el calor como la energía necesaria que debe intercambiar el sistema para compensar las diferencias entre trabajo y energía interna

15.           ¿Qué es el calor latente de vaporización?

 Para pasar de la fase líquida a la fase de vapor se necesita una absorción de energía por parte de las moléculas líquidas, ya que la energía total de éstas es menor que la de las moléculas gaseosas. En el caso contrario, en la condensación, se produce un desprendimiento energético en forma de calor. El calor absorbido por un líquido para pasar a vapor sin variar su temperatura se denomina calor de vaporización. Se suele denominar calor latente de vaporización cuando nos referimos a un mol.