lunes, 22 de noviembre de 2010

Entropía. Concepto relacionado con la irreversibilidad

En termodinámica, la entropía (simbolizada como S) es la magnitud físicaque mide la parte de la energía que no puede utilizarse para producirtrabajo. Es una función de estado de carácter extensivo y su valor, en unsistema aislado, crece en el transcurso de un proceso que se dé de forma natural. La entropía describe lo irreversible de los sistemastermodinámicos  


                                                                         En termodinámica, el concepto de irreversibilidad se aplica a aquellos procesos que, como la entropía, no son reversibles en el tiempo. Desde esta perspectiva termodinámica, todos los procesos naturales son irreversibles. El fenómeno de la irreversibilidad resulta del hecho de que si un sistema termodinámico de moléculas interactivas es trasladado de un estado termodinámico a otro, ello dará como resultado que la configuración o distribución de átomos y moléculas en el seno de dicho sistema variará.
Cierta cantidad de "energía de transformación" se activará cuando las moléculas del "cuerpo de trabajo" interaccionen entre sí al cambiar de un estado a otro. Durante esta transformación, habrá cierta pérdida o disipación de energía calorífica, atribuible al rozamiento intermolecular y a las colisiones.
Lo importante es que dicha energía no será recuperable si el proceso se invierte.

Segunda ley de la termodinámica.


La segunda ley de la termodinámica o segundo principio de la termodinámica expresa que:
La cantidad de entropía del Universo tiende a incrementarse con el tiempo.
La Segunda Ley de la Termodinámica es una de la tres Leyes de la Termodinámica. El término "termodinámica" viene de dos palabras raíces: "termo," que significa calor, y "dinámica," que significa poder. Por esto, las Leyes de la Termodinámica son las leyes del "Poder del Calor." Hasta donde sabemos, estas leyes son absolutas. Todas las cosas en el universo observable son afectadas y obedecen las Leyes de la Termodinámica. 
Segunda Ley de la Termodinámica - Entropía en Aumento
La Segunda Ley de la Termodinámica es comúnmente conocida como la Ley de la Entropía en Aumento. Mientras que la cantidad permanece igual (Primera Ley), la calidad de la materia/energía se deteriora gradualmente con el tiempo. ¿Por qué? La energía utilizable es inevitablemente usada para la productividad, crecimiento y reparaciones. En el proceso, la energía utilizable es convertida a energía inutilizable. Por esto, la energía utilizable es irrecuperablemente perdida en forma de energía inutilizable. 
La "Entropía" es definida como una medida de energía inutilizable dentro de un sistema cerrado o aislado (el universo, por ejemplo). A medida que la energía utilizable decrece y la energía inutilizable aumenta, la "entropía" aumenta. La entropía es también un indicador de aleatoriedad o caos dentro de un sistema cerrado. A medida que la energía utilizable es irrecuperablemente perdida, el desorden, la aleatoriedad y el caos aumentan.

Esquema general de las máquinas y reales Térmicas

La eficiencia en una maquina térmica es la relación entre el trabajo mecánico producido y el calor suministrado, la formulas es la siguiente: 

e = T / Q1 = (Q1-Q2)/Q1 = (T1-T2)/T1 donde: 
T = trabajo mecánico (cal, Joule) 
Q1 = calor suministrado (cal, Joule) 
Q2 = calor obtenido (cal, Joule) 
T1 = trabajo de entrada (cal, Joule) 
T2 = trabajo de salida (cal, Joule) 
e = eficiencia (%)


Las máquinas térmicas son aquellos dispositivos que se utilizan para transformar la energía (de un tipo a otro), y que en su funcionamiento producen un intercambio de calor.
Dentro de las clases de máquinas térmicas, hay dos grandes grupos:los motores y los generadores.En los motores térmicos, la energía del fluido que atraviesa la máquina disminuye, obteniéndose energía mecánica.
Dentro de las clases de máquinas térmicas, hay dos grandes grupos: los motores y los generadores. En los motores térmicos, la energía del fluido que atraviesa la máquina disminuye, obteniéndose energía mecánica. En el caso de generadores térmicos, el proceso es el inverso, de modo que el fluido incrementa su energía al atravesar la máquina. Tal distinción es puramente formal: Los motores térmicos, son máquinas que emplean la energía resultante de un proceso, generalmente de combustión, para incrementar la energía de un fluido que posteriormente se aprovecha para la obtención de energía mecánica. Los ciclos termodinámicos empleados, exigen la utilización de una máquina o grupo generador que puede ser hidráulico (en los ciclos de turbina de vapor) o térmico (en los ciclos de turbina de gas), de modo que sin éste el grupo motor no puede funcionar, de ahí que en la práctica se denomine Motor Térmico al conjunto de elementos atravesados por el fluido, y no exclusivamente al elemento en el que se obtiene la energía mecánica.
 
 

Máquinas térmicas y eficiencia de máquinas ideales

La eficiencia en una maquina térmica es la relación entre el trabajo mecánico producido y el calor suministrado, la formulas es la siguiente: 

e = T / Q1 = (Q1-Q2)/Q1 = (T1-T2)/T1 donde: 
T = trabajo mecánico (cal, Joule) 
Q1 = calor suministrado (cal, Joule) 
Q2 = calor obtenido (cal, Joule) 
T1 = trabajo de entrada (cal, Joule) 
T2 = trabajo de salida (cal, Joule) 
e = eficiencia (%)
La eficiencia de una máquina térmica depende entre qué temperaturas trabaje... porque esto es fundamental
pero lo que importa es que esto junto con las características de fabricación de dicha máquina hace que se produzcan determinadas pérdidas de calor que producen una disminución de la eficiencia y por lo tanto la máquina no entrega el 100 % de su rendimiento como sería en un caso ideal, sino que tiene un rendimiento menor... 

Recuerda que una máquina térmica consiste en un instrumento que genera trabajo mecánico a partir de energía térmica, pero no toda la energía térmica la transforma en energía mecánica sino que parte de esta energía se disipa al medio ambiente o medio frío.... 

Ahora, profundizando un poco más, sabemos que ninguna máquina puede tener un rendimiento mayor al de la llamada máquina térmica de Carnot... que se determina en base a las temperaturas entre las cuales operaría dicha máquina, pero sería en condiciones también ideales... para la fabricación de la máquina.
Por supuesto, existen consideraciones de diseño que impiden que las máquinas reales
alcancen el rendimiento de la máquina de Carnot. Así, las indeseables pérdidas de energía, por
fricción, conducción, radiación, reducen drásticamente el rendimiento de las máquinas reales. Pero
estas pérdidas de rendimiento se pueden suprimir en parte mediante nuevos diseños, materiales más
avanzados o mejores lubricantes, haciendo que se acerque el rendimiento de la máquina real al de la
máquina de Carnot. Sin embargo, el máximo rendimiento que cualquier máquina funcionando entre
dos focos puede tener, siempre será el de la máquina de Carnot funcionando entre ambos focos.

jueves, 4 de noviembre de 2010

ACTIVIDAD

Aplicaciones de las formas de calor: Conducción, Convección, Radiación.
Material•  Sistema de calentamiento, placas de metal, parafina, matras erlenmeyer, aserrín, lámpara, radiómetro.


Procedimiento:
•Colocar en la placa de metal una muestra de parafina, colocar la placa sobre la tela de alambre con asbesto y calentar lentamente, medir el tiempo de cambio de estado de la parafina.
•Colocar 100 ml de agua en el matras erlenmeyer,adicionar una muestra de aserrín, colocar el matras erlenmeyer sobre la malla de alambre, calentar y observar la temperatura cada minuto hasta evaporación (gráfica tiempo•temperatura) y observar también lo que ocurre con el aserrín.
•Colocar el radiómetro sobre la mesa y enfocar la luz de la lámpara a la parte oscura del radiómetro, medir el número de vueltas por minuto.


Resultados
Placa de metal (Cambio de estado a líquido)(placa gris) :2 minutos, 41 segs.
Placa de metal (Cambio de estado a líquido)(Placa naranja) : 2 minutos, 52 segs.


•Radiómetro 17 vueltas en 1 minuto


Temperatura inicial del matras erlenmeyer con 100 ml de agua y una muestra de aserrín: 17°
1 minuto = 34°
2 minutos = 46°
3 minutos = 54°
4 minutos = 64°
5 minutos = 73°
6 minutos = 81°
7 minutos = 89°
8 minutos = 94°




Semana 13

El calor es una forma de energía podrá producirse a través de un trabajo o bien convertirse en trabajo. Esto ha sido demostrado experimentalmente ya que es posible producir calor a partir de trabajo mecánico (por ejemplo por rozamiento), o bien a partir de un trabajo eléctrico haciendo pasar electricidad a través de una resistencia. También es posible aunque en parte, convertir el calor en trabajo mediante una máquina térmica como veremos más adelante.
Como el calor se puede transmitir de un sistema o cuerpo a otro, debido a un desequilibrio térmico, desde el punto de vista termodinámico puede considerarse como una energía en tránsito.En tal caso, la diferencia de temperatura que provoca el pasaje de calor es el factor de intensidad o fuerza generalizada, mientras que el factor de capacidad o desplazamiento generalizado es la capacidad calorífica.
El pasaje de calor, de un cuerpo a otro, puede provocar la disminución de temperatura de uno y el aumento de temperatura del otro. En el primer caso se dice que el cuerpo pierde calor, y se lo toma arbitrariamente como negativo, mientras que en el otro caso el cuerpo gana o absorbe calor, tomándose como positivo. Esto puede llevar a pensar que el calor es una sustancia que puede transmitirse de un cuerpo a otro, tal como se suponía hasta el año 1.800 y a la que se dio el nombre de calórico.
Mas adelante veremos que tal idea es errónea ya que el calor no está asociado al sistema sino que solo "existe" o tiene sentido hablar de él, cuando hay transmisión o pasaje de un sistema a otro debido una diferencia de temperatura.
Cuando a un cuerpo se le suministra energía calorífica y su temperatura aumenta dicha energía
recibe el nombre de "calor sensible”. (cambio de temperatura)
Si en cambio el cuerpo no modifica su temperatura pero sufre variación en su estado físico, la energía calorífica se denomina "calor latente” . Por ej. calor latente de fusión, de vaporización, etc. (cambio de estado físico).

En termodinámica calor y trabajo se definen como energías en tránsito.
Se define el calor (Q) como la forma de energía que atraviesa las fronteras de un sistema debido a una diferencia de temperatura, por conducción o por radiación. En tanto que el trabajo (W) que un sistema intercambia con su medio ambiente está asociado siempre con la acción de fuerzas en movimiento. Puesto que es una energía en tránsito, un sistema nunca contendrá trabajo sino que será capaz de realizarlo o de recibirlo, en un intercambio de energía con los alrededores, que podrán ser otro sistema o su medio ambiente. El universo termodinámico es minúsculo y está constituido por el sistema y sus alrededores, con el cual el sistema puede intercambiar energía como calor o trabajo.
Otra forma de calentar o enfriar un cuerpo es por medio del trabajo mecánico, ejemplos de esto ocurren cuando nos frotamos las manos para calentarlas, cuando nos lanzamos por un tobogán largo, cuando se martilla un clavo, cuando se pule la superficie de un carro y un sin número de otras experiencias donde los cuerpos se calientan por el mero roce entre sus partes, pero en ninguno de esos casos, el calentamiento de los cuerpos ocurre por el contacto con una fuente a más alta temperatura. . El Trabajo mecánico se mide a través del producto de la componente de la fuerza que actúa en un cuerpo en la dirección del desplazamiento, multiplicada por el desplazamiento, es decir:
                              Trabajo = Fuerza D* Desplazamiento

Bibliografía
http://www.textoscientificos.com/fisica/calor-energia-trabajo

Primera ley de la termodinámica.

La primera ley de la termodinámica, también conocida como ley de la conservación de la energía enuncia que la energía es indestructible, siempre que desaparece una clase de energía aparece otra (Julius von Mayer). Más específicamente, la primera ley de la termodinámica establece que al variar la energía interna en un sistema cerrado, se produce calor y un trabajo. “La energía no se pierde, sino que se transforma”.

Bibliografía
http://www2.ib.edu.ar/becaib//bib2007/Gobbi.pdf

Recapitulación 12.

El martes 26 elaboramos una práctica en la sala TELMEX, la cual me paresio entretenida; ya que también reforzamos algunos temas de una manera rápida y fácil.
El jueves 28 realizamos una práctica en el laboratorio sobre conducción, convección y radiación que son formas de transferencia de energía.