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TRABAJO DE TERMODINMICA

Presentado por:

JUAN CAMILO MUETON

CAMILO CARDONA CARDONA

Director:YULIANA GONZALES PULGARINDOCENTE DE FSICA

INSTITUCION EDUCATIVA ORESTES SINDICCEGRADO 11-3ITAGI2015

TABLA DE CONTENIDO

Resumen 4 Introduccin ..5

1. Termodinmica61.1. La termodinmica se divide en clsica obvia los conceptos de espacio y tiempo estadstico.61.1.2 Propiedades61.1.3 Capacidad calorifica 71.1.4 Energia7Leyes de la Termodinmica72. Ley cero de la termodinmica73. Leyes de la Termodinmica81.1. Primera ley de la Termodinmica - la energa de conserva 84. Segunda ley de la Termodinmica 115. Tercera ley de la Termodinmica 126. Tabla y figuras137. Personajes importantes de la termodinamica..13-148. Vocabulario----------------------------------------------------------------------------14-159. Conclusiones15Referencias15-16

TABLA DE ILUSTRACIONESFigura 1 .................................................................................................. 9Figura 2 ................................................................................................. 11Figura 3 ................................................................................................. 12

RESUMEN La termodinmica (Ciencia que estudia la energa convertida en calor o viceversa) consta de tres leyes; ley cero, que dice que si dos cuerpos se encuentran en equilibrio con otro estn en equilibrio trmico, la primera ley deduce como se transfiere la energa entre un sistema y un entorno y explica dos mtodos en los que se hace este proceso, consta de varios subtemas como el trabajo, los procesos termicos entre otros, la tercera ley habla del cero absoluto y de como esta unidad de temperatura se ha tratado de alcanzar por medio de materiales expuestos a temperaturas extremadamente a solo unos grados del cero absoluto, tiene varios subtemas como la temperatura y la entropa.

INTRODUCCIN

Es la ciencia que explica la transformacinn de la energa y las sustancias que la involucran para la transferencia de calor al estado de equilibrio entre dos cuerpos. La variacin de energa trmica almacenada en un cuerpo en un proceso de evolucin de aumento de temperatura o de disminucin que se tiene como el resultado de la masa del medio. Para tratar el tema de termodinmica se debe iniciar por sus conceptos bsicos que la componen. La termodinmica aparte de tratar con conceptos concernientes a fenmenos en los que influyen o intervienen efectos trmicos tambin tiene en cuenta conceptos de reversibilidad y de espontaneidad de procesos estos conceptos estn vinculados y as dan origen a otra magnitud que indica el carcter de los procesos.El proceso trmico o la energa trmica es la mejor manera de aprovechar y recurrir al almacenamiento de la energa dado que cualquier tipo de energa genera calor.

1. Termodinmica

Define los fenmenos relacionados con transferencia de energa entre un sistema y su entorno. Esta energa puede ser en forma de calor o trabajo. Tambin estudia el cambio en las propiedades del sistema cuando hay transferencia de energa. La termodinmica es la energa convertida en calor que produce un movimiento.La termodinmica de los dos conceptos Termo (temperatura) y Dinmica (Ciencia que estudia el movimiento) Por consiguiente la termodinmica es la ciencia encargada de estudiar el movimiento teniendo en cuenta la transmisin de energa entre dos cuerpos de distintas temperaturas. Cuando la energa cambia de forma siempre hay una cantidad que se transforma en calor.La termodinmica principalmente estudia los sistemas en equilibrio.1.1. La termodinmica se divide en clsica obvia los conceptos de espacio y tiempo estadstico. La clsica estudia fenmenos a nivel microscpico. La estadstica estudia fenmenos microscpicos atmicos. Estudia un sistema homogneo. Disipacin de calor sede energa al ambiente en forma de calor. Estas propiedades se miden en estado de equilibro o reposo.1.1.2 Propiedades Extensivas: Dependen de la cantidad de masa. Intensivas: No dependen de la cantidad de masa. Especficas: Es una relacin entre dos propiedades extensivas.

Ejemplo: Densidad (S) Especfica. Temperatura Intensiva. Presin Intensiva. Volumen Extensiva. Masa Extensiva. Capacidad Calorfica Extensiva. Grados Brix Extensiva. PH Intensiva.1.1.3 Capacidad Calorfica Se puede volver propiedad especfica dividindola por m.1.1.4 Energa Que se requiere para aumentar una unidad de temperatura.Leyes de la Termodinmica2. Ley cero de la termodinmicaSi dos cuerpos se encuentran en equilibrio trmico con un tercero, entonces estn en equilibrio trmico entre s Es decir que si dos cuerpo estn en equilibrio con un tercero sus temperaturas deben ser equilibradas entre s para mantener una constante de temperatura entre ambas. Siendo as, este principio, nos ayuda a determinar y a medir la temperatura de un cuerpo con un termmetro siendo este el tercer cuerpo el cual se pone en equilibrio con los dos primero cumpliendo dada ley dando un valor numrico a las temperaturas de los sistemas (En termodinmica se les llama sistemas a los cuerpos). Esto es igual a decir que si uno de los sistemas entra en contacto con un entorno este acabara estando en equilibrio con l.

3. Leyes de la Termodinmica 1.1. Primera ley de la Termodinmica - la energa de conserva Esta ley deduce que la energa no se origina ni tampoco se destruye sino que se conserva. Es posible transferir energa entre un sistema y un entorno esto se explica de dos diferentes maneras una de ellas es por medio del trabajo realizado por el sistema la cual produjo cambios en la presin y el volumen de los gases; la otra manera es por medio de la transferencia de calor la cual se manifiesta por los cambios de temperatura y se realiza a nivel microscpico. Cuando el sistema transfiere energa por alguna de estas dos maneras o por las dos al mismo tiempo se deduce que experimento un cambio en su energa interna.

La relacin constante J se denomina equivalente mecnico de la unidad de cantidad de calor.Es imprescindible que el sistema haya realizado un ciclo completo de intercambios y vuelto a su estado inicial, sin que se hayan producido ms transformaciones energticas que las de calor en trabajo mecnico o recprocamente. Por lo tanto, si el sistema ha sufrido modificaciones qumicas en el estado final, por ejemplo, no debe considerarse que ha vuelto al estado inicial y no se aplica el principio de equivalencia. El equivalente mecnico del calor se ha determinado de muchas formas diferentes, ms o menos sencillas, como los frotamientos de paletas contra un lquido (agua o mercurio), el frotamiento de dos slidos, el aplastamiento de una masa de plomo por un choque, la transformacin de trabajo en energa elctrica, empleada, a su vez, despus de transformada en calor, en calentar el agua de un colormetro, la produccin de un trabajo con una cantidad de calor determinada por medio de una mquina trmica, etc..

3.1.2 Ecuacin de la primera ley de la termodinmica U=Q-W U = Variacin de energa del sistema. Q = Calor intercambiado por el sistema. W = Trabajo intercambiado por el sistema. 3.1.3 TrabajoEl trabajo es realizado por un sistema sobre sus alrededores. Se considera como el producto escalar de una fuerza que produce un desplazamiento.3.1.4 Trabajo en un proceso TermodinmicoUn gas encerrado en un recipiente por un pistn, que puede moverse sin rozamiento.Por efecto de la(p) ejercida por el gas, el pistn sufre una fuerzaFque lo desplaza desde una posicin inicial (A) a una posicin final (B), mientras recorre una distanciadx.

3.1.5 Procesos Termodinmicos Existes varios tipos de procesos termodinmicos que se pueden estudiar a partir de la primera ley de la Termodinmica.3.1.6Proceso IsotrmicoEn este proceso un gas est en contacto con un depsito de calor este es mucho ms grande por lo que su temperatura no cambia cuando entre estos se intercambia energa.Este proceso de expansin del volumen es muy lento por lo que el gas se mantiene en equilibrio y a una temperatura constante.

P El gas se encuentra en un estado representado por A si al A sistema se le agrega una cantidad de calor el volumen y B la presin de este cambian y el sistema evoluciona hasta el punto B. La temperatura no vara esto hace que V el gas deba expandirse y realizar un trabajo sobre el entorno. Si la temperatura no vara, la energa interna no cambia esto se muestra en: U = 0 La primera ley dice que: U = Q W = 0 De manera que W es igual a Q Esto deduce en el proceso isotrmico un trabajo realizado por un gas es igual al calor entregado a este.3.1.7 Proceso Isobrico En este proceso la presin se mantiene constante. El trabajo que realiza el gas para elevar el pistn es:W = P . VLa primera ley para este proceso establece que:Q = + P . VEl trabajo ser negativo si el gas se comprime a una presin constante. Esto deduce que se esta realizando un trabajo sobre el gas.

3.1.8 Proceso Isovolumtrico o proceso isocricoEn este proceso el volumen permanece constate lo que es igual a:W = P . V = 0No se realiza trabajo, por lo tanto Q= V

3.1.9 Grafica de los procesos termodinmicos

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4. Segunda ley de la Termodinmica

La segunda ley de la termodinmica afirma que la entropa, como magnitud termodinmica que indica el grado de desorden molecular de un sistema, es decir que un sistema aislado nunca puede disminuir. Por esto cuando un sistema llega a su mximo nivel de entropa, ya no puede transcurrir ante cambios por ende, a alcanzado el equilibrio.La segunda ley se plantea principalmente frente a la pregunta de si se puede pasar energa de un cuerpo de menor temperatura a uno de mayor temperatura; esta nos dice que solo esto se puede efectuar si hay una energa capaz de hacer un cambio en el sistema como el trabajo (W).4.1 Ciclos trmicos Los procesos termodinmicos son ms simples de explicar basndose en ciclos en estos se da de que siempre ese vuelve a su estado inicial despus de una serie de fases.

4.1.2 Formulas de la segunda ley de la termodinmicaQc= Energa que se absorbe (C se refiere a caliente)Qf= Energa que se sede (F se refiere a frio).U= Cero Debido aque la sustancia de trabajo se lleva a travs de un ciclosu energa interna inicialy final es la misma, por lo que la variacin de energa interna es cero.Q=M.C.TM = masa C = capacidad calorfica T = cambio de temperatura 4.1.3 Eficiencia trmica o rendimientoSe define como la razn entre el calor absorbido y el trabajo durante un cicloE = W/QcE = 1Qc = energa calrica absorbida 4.1.4 Coeficiente de operacin COP=Q(neto)/W(ciclo)4.1.5 Eficiencia mxima Tf/Tc-Tf; Tc/Tc-Tf

5. Tercera ley de la Termodinmica

La tercera ley de termodinmica dice que "No se puede llegar al cero absoluto mediante una serie finita de procesos y de ser as el sistema llegara a su detencin, en otras palabras, que nunca se podra alcanzar la baja temperatura de 0K o -273,16C ya que esta consta de variaciones ante sus disminuciones o aumentos constantes."No se puede llegar al cero absoluto mediante una serie finita de procesosAs, la entropa absoluta estndar: ST ser la entropa de un sistema a 1 atm de presin y a la temperatura T, calculada a partir de la tercera Ley de la termodinmica.Para el agua a 25C y 1 atm de presin: S298En la tabla 1 se muestra un ejemplo de tabla.El primer trmino considera la capacidad calrica a presin constante del agua slida, el segundo trmino corresponde al cambio de estado dondeDHfes el calor de fusin y Tfla temperatura de fusin del agua a 1 atm de presin. El tercer trmino corresponde a la capacidad calrica del agua lquida a presin constante. En esta ecuacin se est despreciando el efecto de la presin sobre la entropa para el sistema slido y lquido.

6. Tabla de ilustracionesEn esta tabla estn las figuras de las leyes de la termodinmica y las direcciones en las que se pueden encontrar informacin mas detallada de estas.1-Trabajo en un proceso termodinamico http://acer.forestales.upm.es/basicas/udfisica/asignaturas/fisica/termo1p/trabajo.html

2-grafica de los procesos termodinamicos http://html.rincondelvago.com/000754752.png

3-Tercera ley de la termodinamicahttp://fluidos.eia.edu.co/fluidos/principios/termodinamica3.html

7. Personajes importantes de la termodinamicaJames Prescott Joule: Fue un fsico britnico quien creo la teora mecnica del calor y en su honor la unidad de energa en el sistema internacional recibe el nombre de Joule.Estudio aspectos respecto al magnetismo principalmente los referidos a la imantacin del hierro por la accin de corrientes elctricas. Descubri el fenmeno de magnetostriccin.Benoit Paul Emile Clapeyron: (Febrero 26, 1799 hasta enero 28, 1864)Fue uno de los fundadores de la termodinmica. Hizo su primera contribucin a la termodinmica en el ao 1834 por medio de un informe llamado la fuerza motriz del calor que se relacionaba con el trabajo de Nicolas Leonard Sadi Carnot que ya haba hecho un anlisis de un motor trmico pero Clapeyron lo presento de una manera mas accesible y grafica en su memoria. En 1843, Clapeyron desarroll la idea de unproceso reversibley formul una declaracin definitiva delprincipio de Carnot,lo que ahora se conoce como lasegunda ley de la termodinmica.Nicolas Leonard Sadi Carnot: (Pars, 1796-id., 1832) Ingeniero y cientfico francs. Describi el ciclo trmico (ciclo de Carnot) a partir del cual se dedujo la segunda ley de la termodinmica. Hijo del revolucionario Lazare Carnot.Walther Nernst: (Briesen, 1864 Ober-Zibelle, 1941) fue un Fsico y qumico alemn. En 1887 fue nombrado ayudante en el laboratorio Ostwald de Leipzig. En 1894 obtuvo la ctedra de Qumica y Fsica de Gotinga. Obtuvo en 1920 el Premio Nobel de Qumica, por sus estudios sobre termodinmica.Ludwig E. Boltzmann: (Viena, 1844 Decino, 1906) fue un fsico austriaco que gracias a sus aportaciones a la teoria de gases cinetica marco el desarrollo de diversos campos de la fsica, su aplicacin de mtodos probabilsticos a la mecnica permiti una fundamentacin terica de las leyes fenomenolgicas de la termodinmica y dio el camino para la elaboracin de la termodinmica del no equilibrio.William Thomson: (Belfast, 1824 Netherhall, 1907) Era un fsico y matemtico era el segundo hijo de James ThomsonJames Clerk Maxwell: (Edimburgo, 1831-Glenlair, Reino Unido, 1879) Nacio en una familia escocesa de clase media fue un fsico britnico y fue hijo de un abogado de Edimburgo.8. VocabularioCalor: magnitud que fluye entre dos sistemas a causa nicamente de su diferencia de temperatura.Temperatura: La temperatura resulta ser, por consiguiente, una propiedad que determina si en un cierto estado un sistema se encuentra en equilibrio trmico con otro estado de otro sistema.Energia interna: sistema a la magnitud que cambia entre dos estados de un sistema en virtud nicamente de ejercer sobre el mismo un trabajo adiabticoMaquina trmica: Es un sistema que realiza un trabajo mecnico sobre otros sistemas absorviendo calor desde un foco caliente.Maquina Fligorifica: Es un sistema que cede calor a un foco caliente cuando otros sistemas realizan sobre l un trabajo mecnicoMaquina cclica: sistema que funciona a lo largo de un ciclo termodinmicoCiclo termodinamico inverso 9. Conclusiones Las leyes de la termodinmica nos han permitido adquirir un conocimiento mas a fondo sobre el calor y sus bases. Tanto las leyes como los temas que la conforman han aportado a la ciencia y al estudio de motores de vapor, elctricos etc. Nuevos horizontes para deducir nuevos conceptos sobre el calor, la temperatura, la entropa, el cero absoluto etc. Los grandes cientficos que dedicaron gran parte de su vida a estudiar el calor y asi lograr crear las leyes de la termodinmica y compartir con todos sus conocimientos lograron deducir conceptos que no se conocan y descubrir nuevas ramas de la fsica y termodinmica.10. Referencias ATercera ley de la termodinmica., Escuela de Ingeniera de Antioquia (2009). URLhttp://fluidos.eia.edu.co/fluidos/principios/termodinamica3.html Wikipedia., Callen, Herbert B. (1985). Thermodynamics and an Introduction to Thermostatistics. John Wiley & Sons. URL http://es.wikipedia.org/wiki/Tercer_principio_de_la_termodinmica Ignacio Espinoza., Profesor de Fsica y Matemtica at Home. URL [Imagen]. Recuperada de http://es.slideshare.net/iaespino/leyes-de-la-termodinmica-4909793 jfinternational. URL http://www.jfinternational.com/mf/tercera-ley-termodinamica.html Natahenao. URL https://natahenao.wordpress.com/about/termodinamica/personaje-importantes-de-la-termodinamica/

Alfredo Sanchez., Intern at Cessna Aircraft Company. URL http://es.slideshare.net/alfredosc1/trabajo-termodinamica Francisco Santander., Introduccin a la fsica (2010). URL http://www.ingenieriaquimica.org/foros/leyes-la-termodinamica Teresa Martn Blas y Ana Serrano Fernndez., Universidad Politcnica de Madrid (UPM). Espaa [Imagen] Recuperada de http://acer.forestales.upm.es/basicas/udfisica/asignaturas/fisica/termo1p/trabajo.html Rincn del Vago [Imagen]. Recuperada de http://html.rincondelvago.com/000754752.png Termodinmica., Juan Chamorro G. [Imagen] Recuperada de http://www.metalurgia.uda.cl/Academicos/chamorro/Apuntes%2002.pdf Set Estudiantil., Fsica., Crculo estudiantil. Larousse Heriberto Castaeda A. Hola Fsica! Grado 10 W. H. Westphal (Segunda edicin). Tratado de Fsica Raymond Serway. Fsica