Ciclo de Carnot - ABP - Rev1.3

7/25/2019 Ciclo de Carnot - ABP - Rev1.3

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UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SANMARCOS

(Universidad del Per, DECANA DE AMERICA)FACULTAD DE CIENCIAS FSICASESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE FSICA

Presentado por:Luna Diaz, Nstor.

a!a"a D# La Cruz, A"$onso.Ara%on Y&uis#, A"#'an(#r.

Li)a * P#r+-/

APRENDIZAJE BAAD! EN PR!B"EMA#ERM!DIN$MICA % CIC"! DE CARN!#

&


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'

#ala de ontenido

&* Res+en-----------------------------------

.

'* /0+1 es el ABP2------------------------------**

3

.* Una estrate4ia para el aprendi5a6e de la terodin7ia-------**

8

3* #erodin7ia: etodolo49a para +n e6or aprendi5a6e-------

8* ABP en #erodin7ia

--------------------------*

&.

;* Prolea *----------------------------------

&3


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&* Res+en

.

e presentan las ases para desarrollar los @+ndaentos del ilo de Carnotdentro de +n proeso 9lio*

Deniendo +n proeso 9lio oo el +e onsta de +na serie detrans@oraiones oponentes d+rante las +ales se asore o ede alor see@eta +n traa6o, pero al nali5ar el ilo, el sistea se en+entra en el isoestado +e al prinipio*i el o6etivo de esta 7+ina es etraer alor de la @+ente aliente sedenoina 7+ina @ri4or9a , si es eder alor a la @+ente @r9a, oa de alor*

Pa"a0ras 1"a!#2Ciclo de Carnot, Primera Ley, Termodinmica,Adiabtica, Isotrmica.

#Fe ases are presented to develop tFe @+ndaentals o@ Carnotle in a li proess*Denin4 a lial proess as onsistin4 o@ a n+er o@

trans@orations d+rin4 GFiF oponents are asored or ieldsFeat and GorH is per@ored, +t tFe end o@ tFe le, tFe ssteis in tFe sae state as at tFe e4innin4*I@ tFe p+rpose o@ tFis aFine is to etrat Feat @ro tFe Fotso+re is alled re@ri4eratin4 aFine, and i@ ield Feat to tFe oldso+re Feat p+p*3#45or(s2 Carnot Cycle, First Law, Thermodynamics, Adiabatic,

Isothermal.


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Es +n 1todo did7tio entrado en el al+no

ediante el planteaiento de +n prolea, donde elest+diante para resolver el prolea tendr7 +erevisar los ontenidos o teas +rri+lares*

BarroGs (&>;) dene el ABP oo 6un mtodo deaprendizae basado en el principio de usar problemascomo punto de partida para la ad!uisici"n einte#raci"n de los nue$os conocimientos7*

El ABP iplia +n aprendi5a6e ooperativo, entrado enel est+diante traa6o en e+ipo*

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'* /0+1 es el ABP2


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Para estaleer las relaiones entre la teor9a los @en=enos est+diados, se+tili5an oo arti+ladores a los odelos ient9os* Es deir, es la parteapliativa de +na teor9a pero no es +na opia de la realidad +e se desea est+diar*De esta @ora, los odelos se arateri5an por ser ideali5aiones de la realidad osea, no son +na r1plia verdadera del +ndo, sino +e lo representan de @orav7lida a6o iertas ondiiones en las +e se inl+en solo las variales +e sedesean est+diar* Por edio de diFos odelos los ient9os anip+lan los

@en=enos sol+ionan proleas

En esta investi4ai=n se prop+so la apliai=n de +na estrate4ia did7tiapara la resol+i=n de proleas terodin7ios* En ella se plantean lossi4+ientes pasos:

% Entender el prolea % Identiar las ondiiones de resol+i=n +e o@ree el prolea*

% Constr+ir Fip=tesis para resolverlo +sando aros te=rios* % Disear +n odelo eperiental* % Identiar s+s variales eperientales etraas =o edirlas ontrolarlas* % Eperientar on el odelo @9sio* % Kor+lar +n odelo ate7tio sore las relaiones deterinadas

eperientalente entre las variales est+diadas % Dar resp+esta al prolea planteado ontrastarla on la Fip=tesis*

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.* Una estrate4ia para elaprendi5a6e de la

terodin7ia


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"a estrate4ia se p+do lo4rar on est+diantes +e+rsaan la asi4nat+ra Introd+i=n a la K9sia en laInstit+i=n Plia an "+is Lon5a4a del +niipio deCopaaana (Antio+ia, Coloia)*

e @oraron dos 4r+pos DiFa estrate4ia se e6e+t= de la anera +e si4+e al

prier 4r+po* En prier l+4ar ada +no de los teasorrespondientes a la terodin7ia 7sia @+eepliado por el doente a s+s est+diantes* En se4+ndo

l+4ar el pro@esor propon9a a los est+diantes e6eriios(on l7pi5 papel) de ar7ter al4or9tio en los +alesel est+diante solo ten9a +e deterinar +1 e+aioneso @=r+las ate7tias es neesaria para s+resol+i=n* En terer l+4ar se de6aan para Faer en

asa e6eriios siilares a los res+eltos en lase

;

.* Una estrate4ia para elaprendi5a6e de la

terodin7ia


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Con esto se ot+vo +e los est+diantes p+edanoprender:

Concepto de temperatura

Concepto de calor

Concepto de ener#%a

Concepto de calor espec%&co

Concepto de e!uilibrio trmico

Comprensi"n de la primera ley de la termodinmica

3* #erodin7ia:etodolo49a para +n e6or

aprendi5a6e

Figura 1' Cambios politr"picos en ()# de nitr"#eno.Fuente' De la Portilla, et al ('?&?)


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&?


aprendi5a6e& &


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&&


aprendi5a6e "os +adros soreados son datos dados en el prolea, ientras +e

los no soreados son llenados on 7l+los FeFos por los est+diantes*Para resolver este prolea se 6a +no en el dia4raa P (Ki4+ra &) delos tres proesos politr=pios +e on@oran el ilo tai1n en la#ala I on los valores proporionados +e apareen soreados*Epe5aos al+lando por edio de la e+ai=n de estado del 4as ideal

Coo el proeso es isot1rio deido a +e H&, entones

El proeso es iso=rio entones volveos a +sar la e+ai=n de estadodel 4as ideal para al+lar *

El proeso es iso7rio por lo +e al+laos por edio de lae+ai=n de estado del 4as ideal

Con esto terinaos de llenar la #ala*


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&'


aprendi5a6e De la Portilla, et al ('?&?), nali5ando s+ an7lisiseniona: OCreemos !ue ste mtodo de impartir elcurso de Termodinmica, dando la teor%a completa ylue#o resol$iendo problemas como los mostrados conel llenado de Tablas y la interpretaci"n de los procesos

politr"picos en los dia#ramas *P y +T, ayudan a losestudiantes a tener una meor comprensi"n y un buenaprendizae de la materia y por otro lado los proesores!ue imparten el curso cali&can de una manera rpidalas tareas.


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Para iniiar el ABP en terodin7ia, el

est+diante dee tener laro los oneptos +eonoe desonoe, ser onsiente de ello paraeso reali5aos +na lista de la si4+iente anera:

A0UE""! 0UE E C!N!CE

Priera le ener49a internae4+nda leProesos terodin7iosConepto trans@erenia de alor

A0UE""! 0UE N! E C!N!CECapaidades alor9asM7+inas t1rias/er7 &??S eiente la 7+ina de Carnot2

&.

8* ABP en #erodin7ia


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&3

;* Prolea Una 7+ina de Carnot tiene +n ilo oo se

+estra (4+ra ')* i representan el traa6o FeFopor +n ol de 4as onoat=io diat=io,respetivaente, al+le * Considere +e el eponenteadia7tio, , para el 4as onoat=io diat=io es8Q.


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)*

Figura 3'+istema hipottico paraestudiar el oportaiento de los4ases*Fuente: ears, K*, ZeansH,('??>)*


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1i#nt# a(ia0;ti1o2

pC

VC

VC

pC

Figura 7:3le$aci"n de la temperatura del #asideal de T- a T( mediante un proceso a

$olumen o a presi"n constante.Fuente' +ears, F., =emans)y, 1.,9(::;


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dT* En aos asos seprod+ir7 +n W+6o alor9o d? Faia el 4as*

'?Figura 8: 1edici"n de la capacidad calor%&camolar de un #as ideal a< a $olumen constante yb< a presi"n constante.Fuente' +ears, F., =emans)y, 1.,9(::;


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1i#nt# a(ia0;ti1o2


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'


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* ol+i=n Para #" %as i(#a" (iat9)i1o2 , .

Cal+lando el traa6o para la +rva isot1ria &T',an7lo4aente oo en el aso onoat=io:

Cal+lando los volenes on las +rvas adia7tias: Para la +rva 'T.:

Para la +rva 3T&:

3?


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* ol+i=n Para #" %as i(#a" (iat9)i1o2 , .

Usando el iso ra5onaiento para el 7l+lo del#raa6o en las +rvas 'T. 3T&:

AFora, podeos al+lar el #raa6o total para el 4asdiat=io, reepla5ando los datos:

Kinalente, la ra5=n ser7:

3&


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* ol+i=n Adiionalente podeos al+lar la eienia:

Usando la priera epresi=n tanto para el 4asonoat=io diat=io oteneos la isaeienia*

i as+ios para el 4as onoat=io::

Usando las relaiones al+ladas on anterioridad,oteneos valores n+1rios:

3'


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* ol+i=n Mto(o asisti(o :or or(#na(or2

Con a+da del +rso interativo de OK9sia on!rdenador a6o la sei=n noral Ener49asrenovales, podeos enontrar +n applet +n =di4oen Matla respetivaente*

e odiar7n los valores del Applet =di4o en

Matla para oinidir on el prolea otenervalores nales*

3.

Figura 16' Applet del ciclo de Carnot sin modi&car

$alores de entrada.Fuente:+c.ehu.es. 9(:-E* Conl+siones


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&?* Re@erenias&* De la Portilla, "*, Kern7nde5, J*, el75+e5, J* ^ Lranados, J*

('?&?)* Termodinmica' metodolo#%a para un meoraprendizae* Revista C+ana de K9sia* pp*&'8T&'>*'* Kinn, E*, Alonso M* (&>


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&&* Ap1ndie C9(i%o (#" :ro%ra)a 6AGP1arnot.)7Sdatos

#&3?? S #eperat+ra de la isotera A B#'&?? Steperat+ra de la isotera C DvA&vBpA.'*R?*?' Sonstante de los 4ases (atcl)Q(col)S4as onoat=io4aa8Q. S


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&&* Ap1ndie C9(i%o (#" :ro%ra)a 6AGP1arnot.)7disp(f#raa6of)

]ABnMolesR#&lo4(vBQvA)]BCnMoles(#&T#')]CDnMolesR#'lo4(vDQvC)]DAnMoles(#'T#&)@print@(f]ABS'*'@, ]BCS'*'@, ]CDS'*'@, ]DAS'*'@hnf, ]AB, ]BC,]CD, ]DA)

disp(fCalorf)0]AB]AB0]BC?0]CD]CD0]DA?@print@(f0]ABS'*'@, 0]BCS'*'@, 0]CDS'*'@, 0]DAS'*'@hnf, 0]AB, 0]BC, 0]CD,0]DA)

disp(f#otalf)]ABV]BCV]CDV]DA00]ABV0]BCV0]CDV0]DA@print@(f#raa6oS'*'@, Calor asoridoS'*'@, Calor edidoS'*'@, rendiientoS&*3@hnf, , 0]AB, 0]CD, Q0]AB)rendiiento&T#'Q#&

8&

1


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&&* Ap1ndie C9(i%o (#" :ro%ra)a 6AGP1arnot.)7S4r7a del ilo

Fold onvlinspae(vA,vB,8?)p(nMolesR#&)*Qvplot(v,p, fredf)vlinspae(vB,vC,8?)p(pBvBg4aa)*Qv*g4aaplot(v,p,flaHf)

vlinspae(vD,vC,8?)p(nMolesR#')*Qvplot(v,p, fl+ef)vlinspae(vA,vD,8?)p(pAvAg4aa)*Qv*g4aaplot(v,p,flaHf)

li(`?,vCV&)li(`?,pAV&)Fold o4rid onlael(fv(l)f)lael(fp(at)f)title(fCilo de Carnotf)

8'

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