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UNIVERSIDAD NACIONAL DE ANCASH

SANTIAGO ANTUNEZ DE MAYOLO

FACULTAD DE INGENIERA DE MINAS, GEOLOGIA Y METALURGIA

FISICA GENERAL IITEMA:TermodinmicaDOCENTE:

Lic. Eleuterio Ramrez ApolinarioALUMNO:

ORTIZ VELASQUEZ John Antonio. 04.0135.8.UM

HUARAZ -2006

INTRODUCCION

La fsica (griego (phisis), significa naturaleza) es la ciencia de la naturaleza en el sentido ms amplio. Estudia las propiedades de la materia, la energa, el tiempo, el espacio y sus interacciones (fuerza). La fsica estudia por lo tanto un amplio rango de campos y fenmenos naturales, desde las partculas subatmicas hasta la formacin y evolucin del Universo as como multitud de fenmenos naturales cotidianos. El ao 2005 fue proclamado por la UNESCO como Ao mundial de la fsica en conmemoracin de la publicacin de Albert Einstein en 1905 de sus famosos artculos sobre el efecto fotoelctrico y la teora de la relatividad especial.

TERMODINAMICA CONCEPTO DE TERMODINAMICALa termodinmica es la rama de la fsica que estudia la energa, la transformacin entre sus distintas manifestaciones, como el calor, y su capacidad para producir un trabajo.Est ntimamente relacionada con la mecnica estadstica, de la cual se pueden derivar numerosas relaciones termodinmicas. La termodinmica estudia los sistemas fsicos a nivel macroscpico, mientras que la mecnica estadstica suele hacer una descripcin microscpica de los mismos.( Mecnica estadstica: La mecnica estadstica o fsica estadstica es la parte de la fsica que trata de determinar el comportamiento agregado termodinmico de sistemas macroscpicos a partir de consideraciones microscpicas utilizando para ello herramientas estadsticas junto a leyes mecnicas.

La termodinmica, por definirla de una manera muy simple, fija su atencin en el interior de los sistemas fsicos, en los intercambios de energa en forma de calor que se llevan a cabo entre un sistema y otro. A las magnitudes macroscpicas que se relacionan con el estado interno de un sistema se les llama coordenadas termodinmicas; stas nos van a ayudar a determinar la energa interna del sistema. La termodinmica basa sus anlisis en algunas leyes: La Ley "cero", referente al concepto de temperatura, la Primera Ley de la termodinmica, que nos habla de el principio de conservacin de la energa, la Segunda Ley de la termodinmica, que nos define a la entropa.( LA LEY CERO DE LA TERMODINAMICA (Equilibrio Trmico)La Ley cero de la termodinmica nos dice que si tenemos dos cuerpos llamados A y B, con diferente temperatura uno de otro, y los ponemos en contacto, en un tiempo determinado t, estos alcanzarn la misma temperatura, es decir, tendrn ambos la misma temperatura. Si luego un tercer cuerpo, que llamaremos C se pone en contacto con A y B, tambin alcanzar la misma temperatura y, por lo tanto, A, B y C tendrn la misma temperatura mientras estn en contacto. De este principio podemos inducir el de temperatura, la cual es una condicin que cada cuerpo tiene y que el hombre ha aprendido a medir mediante sistemas arbitrarios y escalas de referencia (escalas termomtricas). ( SISTEMAS TERMODINAMICOS( SISTEMAS:

En el concepto de sistema uno modela la realidad dividindola entre aquello que forma parte del sistema y lo que est fuera de l (exterior del sistema). Luego se estudia la interaccin entre el sistema y su entorno. Es una herramienta poderosa y simple para modelar la realidad.

( CARACTERSTICAS DE LOS SISTEMAS:

Sistema es un todo organizado y complejo; un conjunto o combinacin de cosas o partes que forman un todo complejo o unitario. Es un conjunto de objetos unidos por alguna forma de interaccin o interdependencia. Los lmites o fronteras entre el sistema y su ambiente admiten cierta arbitrariedad.( TIPOS DE SISTEMAS: Los sistemas los clasificaremos en: SISTEMA ABIERTO: son los sistemas ms comunes. Este tipo de sistema tiene intercambio de materia y energa con el exterior. Un ejemplo: automvil (entra combustible, aceite, aire. Salen gases de escape, desechos, se produce energa). Presentan intercambio con el ambiente, a travs de entradas y salidas. Intercambian energa y materia con el ambiente. Son adaptativos para sobrevivir. Su estructura es ptima cuando el conjunto de elementos del sistema se organiza, aproximndose a una operacin adaptativa. La adaptabilidad es un continuo proceso de aprendizaje y de auto-organizacin. Los sistemas abiertos no pueden vivir aislados. Los sistemas cerrados, cumplen con el segundo principio de la termodinmica que dice que "una cierta cantidad llamada entropa, tiende a aumentar al mximo".Existe una tendencia general de los eventos en la naturaleza fsica en direccin a un estado de mximo desorden. Los sistemas abiertos evitan el aumento de la entropa y pueden desarrollarse en direccin a un estado de creciente orden y organizacin (entropa negativa). Los sistemas abiertos restauran su propia energa y reparan prdidas en su propia organizacin. El concepto de sistema abierto se puede aplicar a diversos niveles de enfoque: al nivel del individuo, del grupo, de la organizacin y de la sociedad.( SISTEMA CERRADO: En este sistema solo hay intercambio energtico con el exterior. No hay intercambio de masa.No presentan intercambio con el medio ambiente que los rodea, son hermticos a cualquier influencia ambiental. No reciben ningn recurso externo y nada producen que sea enviado hacia fuera. En rigor, no existen sistemas cerrados. Se da el nombre de sistema cerrado a aquellos sistemas cuyo comportamiento es determinstico y programado y que opera con muy pequeo intercambio de energa y materia con el ambiente. Se aplica el trmino a los sistemas completamente estructurados, donde los elementos y relaciones se combinan de una manera peculiar y rgida produciendo una salida invariable, como las mquinas. A su vez se pueden dividir en:

Sistema no aislado: Solo intercambio energtico con el exterior. Ejemplo: el equipo de fro de un refrigerador domstico. El fluido de trabajo circula en circuito cerrado y solo hay intercambios de calor o energa elctrica con el exterior. Otro sistema que (en la prctica) se puede considerar como sistema cerrado no aislado es la Tierra. Sistema aislado: No hay intercambio ni de masa ni de energa con el exterior. En la prctica estos sistemas son una abstraccin cmoda para analizar situaciones.

TRABAJO TERMODINAMICO: (Es la energa en trnsito entre dos o ms cuerpos producida por fuerzas aplicadas)El trabajo en termodinmica se define de la misma forma que en mecnica clsica: Cuando una parte del medio ejerce una fuerza sobre el sistema y este se mueve una distancia dx desde el punto de aplicacin de la fuerza, entonces el medio ha realizado un trabajo sobre el sistema dw = F dx, F puede ser una fuerza mecnica, elctrica o magntica. Considrese el ejemplo que se muestra a continuacin. Supongamos que la presin interna es igual a la presin externa y el sistema est en equilibrio mecnico. Si aumentamos la presin externa una cantidad infinitesimal, se producir un desequilibrio infinitesimal de fuerzas y el pistn se mover hacia abajo, disminuyendo el volumen del sistema. El trabajo que los alrededores han realizado sobre nuestro sistema ser dw = F dx, la fuerza que hemos realizado es la presin por unidad de rea y esta vendr dada por F = P A, si el pistn se mueve una distancia x el cambio de volumen ser dV = A dxSustituyendo estas dos expresiones en la del trabajo nos quedar como: dwalrededores= PextdVdwsistema = -PextdV Siendo P la presin externa aplicada.

Observar que el cambio de signo es debido a que nos referimos al W realizado por el sistema, y por tanto en la compresin del ejemplo, la fuerza que realizara el sistema es de sentido contrario al desplazamiento del mbolo.Si queremos saber que cantidad de trabajo se ha desarrollado, tendremos que integrar la expresin anterior.( Por definicin el trabajo realizado sobre el sistema es positivo, y el trabajo realizado por el sistema es negativo.El trabajo no es una funcin de estado, su valor depende de la trayectoria del proceso. El trabajo se expresa en Julios (J).Ejemplo:

mbolo con el que se aplica cierta presin sobre un gas OTRO CONCEPTO: Una manera de transferir energa desde un sistema que est a ms temperatura, a otro, que tiene menos, es por medio de calor. Pero existe otra forma, y es mediante un trabajo.La forma habitual de realizar un trabajo sobre un sistema termodinmico es mediante un cambio de volumen.La fuerza que el gas ejerce sobre una superficie, determina una presin, que al provocar desplazamiento, origina un cambio de volumen, es decir:

Cuando se comprime el sistema, recibe en forma de trabajo una energa transmitida por el entorno , incrementando, por tanto, su propia energa por lo que diremos que: Wcompresin > 0Dado que hay contraccin de volumen (V=Vf - Vi), entonces V < 0 , y la frmula del trabajo quedar:

Cuando el sistema se expande, transmite una parte de su energa al entorno en forma de trabajo, disminuyendo as su energa, por lo que consideraremos que: Wcompresin < 0Dado que V > 0 , la frmula del trabajo quedar:

( CALCULO DEL TRABAJO EN PROCESOS SENCILLOS DE SISTEMAS CERRADOS EXPANSIN FRENTE A UNA PEXT CONSTANTE (proceso irreversible)

Si la expansin tiene lugar frente a una presin externa constante, P2, para calcular el trabajo deberemos integrar entre el estado inicial, 1, y el estado final 2. La presin por ser constante sale fuera de la integral:

Si este mismo proceso se realiza en dos etapas: desde el estado inicial 1 al estado 1', frente a una presin externa constante, P'1, y desde este estado 1' al estado final 2, frente a una presin externa constante, P2, el trabajo vendr dado por:

El trabajo es la suma de las dos reas rectangulares. EXPANSIN REVERSIBLE (proceso reversible)

Si la presin externa no es constante, pero el proceso es reversible, el sistema vara de forma infinitesimal alcanzando infinitos estados de equilibrio con lo que Pext= Pint dP,

Es necesario conocer la ecuacin de estado para resolver la integral, ya que la Pint es funcin del V (volumen)As, si el sistema es un gas ideal, su ecuacin de estado es PV=nRT

Pero T es funcin de V, por lo que tampoco se puede integrar directamente.

Sin embargo si el proceso es reversible, el sistema es un gas ideal, y el proceso es isotrmico

( PROCESOS TERMODINAMICOSA cualquier transformacin en un sistema, desde un estado de equilibrio a otro, se le conoce como proceso. Dicho en otras palabras: Es el cambio de estado de una sustancia o un sistema, desde unas condiciones iniciales (estado inicial) hasta unas condiciones finales (estado final) por una trayectoria definida.Para describir completamente un proceso se requiere de los estados de equilibrio inicial y final, as como de la trayectoria o las interacciones del sistema con su entorno durante el proceso.

En general los procesos dependiendo de sus caractersticas, trayectoria, o del comportamiento de las propiedades de la sustancia involucrada se pueden clasificar en procesos desarrollados con una propiedad constante y en procesos con caractersticas especiales.

Existen 3 tipos de Procesos Termodinmicos, estos son:

- Los Procesos Iso- Los Procesos Adiabticos- Los Procesos Politrpicos( PROCESOS Iso: Los Procesos Iso son aquellos que mantienen una propiedad Constante, a estos procesos se le antepone el prefijo Iso.( Proceso isotrmico: Proceso a temperatura Constante.Es un proceso en el cual la temperatura permanece constante durante la operacin. La energa interna de un gas es funcin de la temperatura exclusivamente. Es un proceso a temperatura constante. En general, ninguna de las cantidades , Q y W son nulas.

Hay una excepcin: la energa interna de un gas perfecto depende solamente de la temperatura. En consecuencia, para un gas perfecto , y Q = W

Se denomina gas perfecto a un gas que sigue sigue la ley pv = nRT, donde n es el nmero de moles, y R una constante

Proceso isotrmico.( Proceso isobrico: Proceso a presin Constante.Es un proceso a presin constante; en consecuencia: Y se tendr:

Si la presin no cambia durante un proceso, se dice que ste es isobrico. Un ejemplo de un proceso isobrico es la ebullicin del agua en un recipiente abierto. Como el contenedor est abierto, el proceso se efecta a presin atmosfrica constante. En el punto de ebullicin, la temperatura del agua no aumenta con la adicin de calor, en lugar de esto, hay un cambio de fase de agua a vapor.( Proceso Isocrico o Isomtrico: Proceso a Volumen Constante.Es un proceso a volumen constante, en consecuencia: W = 0, y tendremos:

En un recipiente de paredes gruesas que contiene un gas determinado, al que se le suministra calor, observamos que la temperatura y presin interna se elevan, pero el volumen se mantiene igual. En un proceso que se efecta a volumen constante sin que haya ningn desplazamiento, el trabajo hecho por el sistema es cero.

Es decir, en un proceso isocrico no hay trabajo realizando por el sistema. Y no se adiciona calor al sistema que ocasione un incremento de su energa interna.- Isentalpico: Proceso a Entalpa Constante

- Isentrpico: Proceso a entropa Constante( PROCESOS ADIABTICOS: El Proceso adiabtico es un proceso Termodinmico en la cual no hay transferencia de calor hacia y desde los alrededores.En termodinmica se designa como proceso adiabtico a aquel en el cual el sistema (generalmente, un fluido que realiza un trabajo) no intercambia calor con su entorno. Un proceso adiabtico que es adems reversible se conoce como proceso isentrpico. El extremo opuesto, en el que tiene lugar la mxima transferencia de calor, causando que la temperatura permanezca constante, se denomina como proceso isotrmico.El trmino adiabtico hace referencia a elementos que impiden la transferencia de calor con el entorno. Una pared aislada se aproxima bastante a un lmite adiabtico. Otro ejemplo es la temperatura adiabtica de llama, que es la temperatura que podra alcanzar una llama si no hubiera prdida de calor hacia el entorno. En climatizacin los procesos de humectacin (aporte de vapor de agua) son adiabticos, puesto que no hay transferencia de calor, a pesar que se consiga variar la temperatura del aire y su humedad relativa.El calentamiento y enfriamiento adiabtico son procesos que comnmente ocurren debido al cambio en la presin de un gas. Esto puede ser cuantificado usando la ley de los gases ideales.

( PROCESOS POLITRPICOS

Son aquellos Procesos Termodinmicos en donde ninguna de sus propiedades permanece constante

PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA: Tambin conocido como principio de la conservacin de la energa.La primera ley no es otra cosa que el principio de conservacin de la energa aplicado a un sistema de muchsimas partculas. A cada estado del sistema le corresponde una energa interna U. Cuando el sistema pasa del estado A al estado B, su energa interna cambia en

DU=UB-UA

Supongamos que el sistema est en el estado A y realiza un trabajo W, expandindose. Dicho trabajo mecnico da lugar a un cambio (disminucin) de la energa interna de sistema

DU=-W

Tambin podemos cambiar el estado del sistema ponindolo en contacto trmico con otro sistema a diferente temperatura. Si fluye una cantidad de calor Q del segundo al primero, aumenta su energa interna en:

DU=Q

Si el sistema experimenta una transformacin cclica, el cambio en la energa interna es cero, ya que se parte del estado A y se regresa al mismo estado, DU=0. Sin embargo, durante el ciclo el sistema ha efectuado un trabajo, que ha de ser proporcionado por los alrededores en forma de transferencia de calor, para preservar el principio de conservacin de la energa, W=Q.

Si la transformacin no es cclica DU 0

Si no se realiza trabajo mecnico DU=Q

Si el sistema est aislado trmicamente DU=-W

Si el sistema realiza trabajo, U disminuye

Si se realiza trabajo sobre el sistema, U aumenta

Si el sistema absorbe calor al ponerlo en contacto trmico con un foco a temperatura superior, U aumenta.

Si el sistema cede calor al ponerlo en contacto trmico con un foco a una temperatura inferior, U disminuye.

Todos estos casos, los podemos resumir en una nica ecuacin que describe la conservacin de la energa del sistema.DU=Q-WSi el estado inicial y final estn muy prximos entre s, el primer principio se escribe: dU=dQ-pdV SEGUNDA LEY DE LA TERMODINAMICA: "La cantidad de entropa de cualquier sistema aislado termodinmicamente tiende a incrementarse con el tiempo, hasta alcanzar un valor mximo".

Ms sencillamente, cuando una parte de un sistema cerrado interacciona con otra parte, la energa tiende a dividirse por igual, hasta que el sistema alcanza un equilibrio trmico.Descripcin general

En un sentido general, la segunda ley de la termodinmica afirma que las diferencias entre sistemas en contacto tienden a igualarse. Las diferencias de presin, densidad y, particularmente, las diferencias de temperatura tienden a ecualizarse. Esto significa que un sistema aislado llegar a alcanzar una temperatura uniforme. Una mquina trmica es aquella que provee de trabajo eficaz gracias la diferencia de temperaturas de dos cuerpos. Dado que cualquier mquina termodinmica requiere una diferencia de temperatura, se deriva pues que ningn trabajo til puede extraerse de un sistema aislado en equilibrio trmico, esto es, requerir de la alimentacin de energa del exterior. La segunda ley se usa a menudo como la razn por la cual no se puede crear una mquina de movimiento perpetuo.La segunda ley de la termodinmica ha sido expresada de muchas maneras diferentes. Sucintamente, se puede expresar as:

Es imposible, mediante un proceso cclico, tomar calor de un depsito y convertirlo en trabajo sin que al mismo tiempo no exista transferencia de calor desde un depsito caliente a otro fro (Lord Kelvin).

Es imposible transferir calor desde un depsito fro a uno caliente sin que al mismo tiempo se convierta cierta cantidad de trabajo en calor (Clausius). Grficamente se puede expresar imaginando una caldera de un barco de vapor. sta no podra producir trabajo si no fuese porque el vapor se encuentra a temperaturas y presin elevadas comparadas con el medio que la rodea.

Matemticamente, se expresa as:

Donde S es la entropa y el smbolo de igualdad slo existe cuando la entropa se encuentra en su valor mximo (en equilibrio).

Por ltimo, vamos a ver el contenido de la segunda ley de la termodinmica. En trminos ms o menos sencillos dira lo siguiente: "No existe un proceso cuyo nico resultado sea la absorcin de calor de una fuente y la conversin ntegra de este calor en trabajo". Este principio (Principio de Kelvin-Planck) naci del estudio del rendimiento de mquinas y mejoramiento tecnolgico de las mismas. Si este principio no fuera cierto, se podra hacer funcionar.

Una central trmica tomando el calor del medio ambiente; aparentemente no habra ninguna contradiccin, pues el medio ambiente contiene una cierta cantidad de energa interna, pero debemos sealar dos cosas: primero, la segunda ley de la termodinmica no es una consecuencia de la primera, sino una ley independiente; segundo, la segunda ley nos habla de las restricciones que existen al utilizar la energa en diferentes procesos, en nuestro caso, en una central trmica. No existe una mquina que utilice energa interna de una sola fuente de calor.

El concepto de entropa fue introducido por primera vez por R. J. Clausius a mediados del siglo XIX. Clausius, ingeniero francs, tambin formul un principio para la Segunda ley: "No es posible proceso alguno cuyo nico resultado sea la transferencia de calor desde un cuerpo fro a otro ms caliente". En base a este principio, Clausius introdujo el concepto de entropa, la cual es una medicin de la cantidad de restricciones que existen para que un proceso se lleve a cabo y nos determina tambin la direccin de dicho proceso. Vamos ahora a hablar de las tres acepciones ms importantes de la palabra entropa.Definicin de Clausius de la segunda ley: El calor no puede, por s mismo, pasar de un cuerpo ms fro a uno ms caliente.Definicin de Kelvin-Planck de la segunda ley: Es imposible para un sistema experimentar un proceso cclico cuyo nico resultado sea la absorcin de calor de un nico depsito a una nica temperatura y la transformacin en una cantidad equivalente de trabajo.

( MAQUINAS DE CALOR:

( EFICIENCIA DE UNA MQUINA DE CALOR Y DIFERENCIAS DE TEMPERATURAS Objetivo:Determinar la eficiencia actual y la eficiencia de Carnot de una mquina de calor en funcin de las temperaturas operantes. Materiales: - Aparato de Eficiencia Trmica PASCO TD-8564

- Fuente de Poder 2.5 A -12V

- 3Kg de hielo y mezcla de agua-hielo

- Ohmetro

- Ampermetro

- 2 Voltmetros

- Conectores Introduccin En esta experiencia se usar una mquina de calor que convierte energa trmica en trabajo. Primero es extrado calor de una reserva caliente, parte del calor es usado para desarrollar trabajo y el resto es depositado en una reserva fra.

Grficamente se puede observar esto en la figura 1.

Figura 1: Maquina de calor

Donde:

Th; temperatura del depsito caliente.

Tc; temperatura del depsito fro.

Qh; calor extrado del depsito caliente.

Qc; calor eliminado al depsito fro.

W; trabajo desarrollado.

Por conservacin de la energa:

QH = W+ QcO sea el calor que entra en la mquina es igual al trabajo dado mas el calor eliminado a la reserva fra. La eficiencia de una mquina a calor se define como el trabajo desarrollado dividido por el calor que es extrado de la fuente caliente;

e = W / Qh

Si la eficiencia de una mquina fuera del 100% , no se requerira de una reserva fra, y la energa no se derrochara. Carnot demostr que la reserva fra es siempre requerida y que la mxima eficiencia terica de una mquina a calor depende solo de la temperatura de las dos reservas: eCarnot = (Tc Th) / Th

Donde las temperaturas son medidas en Kelvin.

Existen otras limitaciones para la eficiencia de una mquina. En una mquina de calor real es siempre inevitable prdidas de energa, ya sea por friccin, conduccin del calor, radiacin, etc. esas prdidas reducen la eficiencia. Estas son consideraciones que dependen del mecanismo interno con el cual operan las mquinas.

En resumen todas las maquinas de calor pueden operar entre 2 temperaturas las cuales limitan la eficiencia de la mquina.

( APARATO DE EFICIENCIA TRMICA TD-8564 Un diagrama de eficiencia trmica operando como mquina de calor se muestra en la figura 2. El elemento clave de la maquina de calor es un convertidor termoelctrico, conocido como Aparato Peltier, el cual convierte calor en energa elctrica y viceversa.

El aparato Peltier opera entre dos temperaturas fijas. En una mquina ideal de calor las temperaturas fijas son mantenidas en grandes depsitos fros y calientes, como son tan grandes el calor puede ser agregado o quitado de ellas sin producir cambios en las temperaturas.

Figura 2: Aparato de eficiencia trmica como maquina de calor

Para simular esta condicin, el mecanismo Peltier en un aparato de eficiencia trmica es empotrado entre dos bloques de aluminio. Un bloque es mantenido a T fra constante a travs de una bomba de agua. El otro bloque es calentado a T constante usando una fuente calentadora. Las temperaturas Th y Tc son medidas con termistores que estn puestos en los bloques de aluminio. La tabla de conversin de resistencia a temperatura est puesta en la base del aparato de eficiencia trmica. NOTA: cuando se use el aparato de eficiencia, Ud. medir la razn a la cual la energa es transferida, por lo tanto sus mediciones sern en trminos de potencia ms que de energa. Donde:

Ph = dQh / dt

De la primera ley se tendr que: Ph = PW + PC y la eficiencia de la mquina ser: e = Pw / Ph

La entrada de calor a la mquina, Ph ser medida monitoreando el voltaje y la corriente de entrada al calentador que calienta el bloque de aluminio: Ph = Vh Ih.

El trabajo desarrollado por el motor es la energa elctrica producida por el aparato Peltier. El aparato conduce una corriente a travs de la resistencia R0, de sta manera el trabajo es finalmente convertido en calor en la resistencia. Midiendo el voltaje a travs de la resistencia, el trabajo desarrollado por el aparato se expresa como:

PW = V0 / R0Luego la eficiencia real del aparato Peltier se calcula como: E = Pw / PhMontaje Experimental Observe el circuito de la figura 3:

Figura 3: Montaje experimental

1. Ponga ambos tubos de goma del aparato en la mezcla de agua-hielo. 2. Enchufe el transformador de 9V a los 220 V y a la bomba del aparato de eficiencia trmica. 3. Debera ahora or funcionar la bomba, con el sonido del agua que viene por la manguera que indica out. 4. Conecte el ohmetro en los terminales del termistor. 5. Conecte la fuente DC, a un voltmetro y a un ampermetro a los terminales del bloque calentador. Ajuste el voltaje a 11 V. NOTA: El voltaje sugerido (11 V) es para dar casi el mximo del valor permitido de la temperatura caliente. Un voltaje un poco menor que 12 V es conveniente.

Precaucin: El aparato de eficiencia trmica podra no funcionar por ms de 5 min. Con el lado caliente sobre 80C. Un switch trmico se cerrar automticamente, desconectando la corriente del bloque calentador, si excede los 93C.

6. Conecte el resistor de carga de 2, con un cable corto, como lo indica la figura. Conecte el voltmetro a travs del resistor de carga. La eleccin del resistor de 2 es arbitraria. Puede ser usada algunas de las resistencias. Procedimiento 1. Deje el sistema en equilibrio, tal que las temperaturas fras y calientes permanezcan constantes. Esto puede llevar de 5 a 10 min., dependiendo del comienzo de las temperaturas. 2. Para subir la velocidad del proceso, aumente el voltaje momentneamente a travs de la resistencia caliente y entonces vuelva a la puesta original. 3. Mida la resistencia de la temperatura, usando el lado caliente y el lado fro, usando el switch atravesado al switch del ohmetro a cada lado. Registre las lecturas en la tabla 1. Convierta las resistencias a temperatura usando el cuadro en el frontis del aparato, y registre esas temperaturas tambin. 4. Registre el voltaje a travs del resistor caliente (Vh), a travs de la corriente (Ih) y a travs del voltaje de la resistencia (Vw) en la tabla 1. 5. Baje el voltaje a travs del resistor caliente cerca de los 2 V. 6. Repita los pasos 1 hasta el 5, hasta que haya coleccionado los datos para 5 diferentes temperaturas.

( LA MQUINA A CALOR QUE LEVANTA UNA MASA Objetivo Estudiar el trabajo termodinmico realizado por una mquina de calor para elevar una cierta masa.

Materiales - Mquina de calor/Aparato de Gas Ideal (TD-8572)

- 2 recipientes de 1 lt(para uso como depsito)

- 1 regla

- 1 calibrador

- 1 set de masas de 20 gr, 50 gr, 1 00 gr y 200 gr

- Plato calentador

- 1 recipiente para recoger el agua derramada

Introduccin

La compaa de manzanas Newton, prob una mquina de calor que eleva manzanas que varan en masas de 100 gr a 200 gr, de un cinturn transportador de procesos al cinturn transportador de embalaje, que es 10 cm mas alto. El mecanismo es experimentar con una mquina trmica real que puede llevarse por un ciclo de expansin de 4 fases y un ciclo de compresin y que puede hacer un trabajo mecnico til, elevando pequeas masas de una altura a otra. En esta experiencia podramos verificar experimentalmente que el trabajo mecnico til realizado por la mquina elevando una masa m a travs de una distancia vertical, y, es igual al trabajo termodinmico neto hecho durante un ciclo, ya que es determinado encontrando el rea encerrada en un diagrama P-V. Esencialmente se est comparando el trabajo mecnico til "magy" (que esperamos que Ud haya entendido a partir de estudios previos) con el trabajo realizado en un ciclo de la mquina como funcin de la presin y los cambios de volumen, dados por la expresin:

Aunque Ud. puede demostrar matemticamente sta relacin sostenida, la comprobacin experimental le permitir familiarizarse con el funcionamiento de un artefacto de calor real

El increble artefacto levantador de masas Consiste en un cilindro hueco con un pistn de grafito que puede moverse a lo largo del eje del cilindro con muy poco roce. El pistn tiene una plataforma ajustada a l para el levantamiento de masas. Una pequea longitud de un tubo flexible se ajusta al cilindro de la cmara de aire (consiste en una lata pequea sellada con un tapn de goma que puede ser ubicado alternativamente en el depsito fro y el depsito caliente). El diagrama de ste levantador de masas es mostrado en la figura 2.

Si la temperatura del aire atrapado dentro del cilindro es aumentada, el volumen aumentar causando la elevacin de la plataforma. As Ud. puede aumentar el volumen del aire atrapado moviendo el recipiente de lata del depsito fro al depsito caliente. Entonces cuando la manzana ha sido levantada una distancia y, puede ser quitada de la plataforma. Entonces la plataforma podra elevarse una pequea cantidad as como la presin en el cilindro del gas disminuye una pequea cantidad. Finalmente el volumen del gas disminuir cuando la cmara de aire es devuelta al depsito fro. Esto produce el descenso del pistn a su posicin original. Varios estados del ciclo del levantador de masas son mostrados en la figura 3. Antes de tomar los datos de la presin, volumen del aire, y altura del elevamiento con la mquina de calor, Ud. debe preparar y ejecutar unos pocos ciclos usados en esta operacin. Una buena forma de comenzar es llenar un recipiente de agua a temperatura ambiente y otro recipiente con agua calentada previamente cerca de 600C 70C. El ciclo de la mquina es mucho mas fcil de describir si comienza con el pistn en reposo en el fondo del cilindro. As le sugerimos que levante el pistn unos pocos centmetros antes de insertar el tapn de goma firmemente en la lata. Adems el aire gotea fuera del cilindro lentamente. Si una masa grande est siendo elevada, la razn de goteo aumenta, as que le sugerimos que limite la masa agregada entre 100 g y 200 g. Despus de observar unos pocos ciclos de la mquina, debera ser capaz de describir cada uno de los puntos a, b, c y d de un ciclo cuidadosamente, indicando cual de las transiciones entre los puntos son aproximadamente adiabticas y cual son isobricas. Puede observar directamente cambios en el volumen del gas y puede predecir como la presin ejercida sobre el gas por sus alrededores debera cambiar de punto a punto usando la definicin de presin como fuerza por unidad de rea.

Figura 3: diagrama simplificado del levantador de masas de la maquina de calor en diferentes estados del ciclo.

( MOTORES DE COMBUSTION INTERNAUn motor de combustin interna es un tipo de mquina que obtiene energa mecnica directamente de la energa qumica producida por un combustible que arde dentro de una cmara de combustin, la parte principal de un motor.Se utilizan motores de combustin interna de cuatro tipos:

El motor cclico Otto, cuyo nombre proviene del tcnico alemn que lo invent, Nikolaus August Otto, es el motor convencional de gasolina que se emplea en automocin y aeronutica.

El motor disel, llamado as en honor del ingeniero alemn Rudolf Diesel, funciona con un principio diferente y suele consumir gasleo. Se emplea en instalaciones generadoras de electricidad, en sistemas de propulsin naval, en camiones, autobuses y algunos automviles. Tanto los motores Otto como los diesel se fabrican en modelos de dos y cuatro tiempos.

El motor rotatorio.

La turbina de combustin.

(Motor antiguo, de aviacin, con disposicin radial de los pistones)

( ESTRUCTURA Y FUNCIONAMIENTOLos motores Otto y los diesel tienen los mismos elementos principales.

( Cmara de combustin

La cmara de combustin es un cilindro, por lo general fijo, cerrado en un extremo y dentro del cual se desliza un pistn muy ajustado al interior. La posicin hacia dentro y hacia fuera del pistn modifica el volumen que existe entre la cara interior del pistn y las paredes de la cmara. La cara exterior del pistn est unida por un eje al cigeal, que convierte en movimiento rotatorio el movimiento lineal del pistn.

( Sistema de bombeo:El sistema de bombeo de combustible de un motor de combustin interna consta de un depsito, una bomba de combustible y un dispositivo que vaporiza o atomiza el combustible lquido. Se llama carburador al dispositivo utilizado con este fin en los motores Otto. En los motores de varios cilindros el combustible vaporizado se conduce a los cilindros a travs de un tubo ramificado llamado colector de admisin. Muchos motores cuentan con un colector de escape o de expulsin, que transporta los gases producidos en la combustin.

Correa o cadena de distribucin.

( Sistema de alimentacin:Cada cilindro toma el combustible y expulsa los gases a travs de vlvulas de cabezal o vlvulas deslizantes. Un muelle mantiene cerradas las vlvulas hasta que se abren en el momento adecuado, al actuar las levas de un rbol de levas rotatorio movido por el cigeal, estando el conjunto coordinado mediante la correa de distribucin. En la dcada de 1980, este sistema de alimentacin de una mezcla de aire y combustible se ha visto desplazado por otros sistemas ms elaborados ya utilizados en los motores diesel. Estos sistemas, controlados por computadora, aumentan el ahorro de combustible y reducen la emisin de gases txicos.Vlvulas y rbol de levas

( Encendido: Todos los motores tienen que disponer de una forma de iniciar la ignicin del combustible dentro del cilindro. Por ejemplo, el sistema de ignicin de los motores Otto, existe un componente llamado bobina de encendido, el cual es un auto transformador de alto voltaje al cual se le conecta una conmutadora que interrumpe la corriente del primario para que se induzca la chispa de alto voltaje en el secundario. Dichas chispas estn sincronizadas con la etapa de compresin de uno de los cilindros, esta chispa es dirigida cilindro especfico de la secuencia utilizando un distribuidor rotativo y unos cables de grafito que dirigen la descarga de alto voltaje a la buja. El dispositivo que produce la ignicin es la buja, un conductor fijado a la pared superior de cada cilindro. La buja contiene en uno de sus extremos dos electrodos separados entre los que la corriente de alto voltaje produce un arco elctrico que enciende el combustible dentro del cilindro.( Sistema de arranque

Al contrario que los motores y las turbinas de vapor, los motores de combustin interna no producen un par de fuerzas cuando arrancan (vase Momento de fuerza), lo que implica que debe provocarse el movimiento del cigeal para que se pueda iniciar el ciclo. Los motores de automocin utilizan un motor elctrico (el motor de arranque) conectado al cigeal por un embrague automtico que se desacopla en cuanto arranca el motor. Por otro lado, algunos motores pequeos se arrancan a mano girando el cigeal con una cadena o tirando de una cuerda que se enrolla alrededor del volante del cigeal. Otros sistemas de encendido de motores son los iniciadores de inercia, que aceleran el volante manualmente o con un motor elctrico hasta que tiene la velocidad suficiente como para mover el cigeal; los iniciadores explosivos, que utilizan la explosin de un cartucho para mover una turbina acoplada al motor; oxgeno para alimentar las cmaras de combustin en los primeros movimientos (grandes motores). Los iniciadores de inercia y los explosivos se utilizan sobre todo para arrancar motores de aviones.( TIPOS DE MOTORES: Motor convencional del tipo Otto

El motor convencional del tipo Otto es de cuatro tiempos. La eficiencia de los motores Otto modernos se ve limitada por varios factores, entre otros la prdida de energa por la friccin y la refrigeracin.

En general, la eficiencia de un motor de este tipo depende del grado de compresin. Esta proporcin suele ser de 8 a 1 o 10 a 1 en la mayora de los motores Otto modernos. Se pueden utilizar proporciones mayores, como de 12 a 1, aumentando as la eficiencia del motor, pero este diseo requiere la utilizacin de combustibles de alto ndice de octano. La eficiencia media de un buen motor Otto es de un 20 a un 25%: slo la cuarta parte de la energa calorfica se transforma en energa mecnica.Motores disel

En teora, el ciclo disel difiere del ciclo Otto en que la combustin tiene lugar en este ltimo a volumen constante en lugar de producirse a una presin constante. La mayora de los motores diesel tienen tambin cuatro tiempos, si bien las fases son diferentes de las de los motores de gasolina.En la primera fase se absorbe aire hacia la cmara de combustin. En la segunda fase, la fase de compresin, el aire se comprime a una fraccin de su volumen original, lo cual hace que se caliente hasta unos 440 C. Al final de la fase de compresin se inyecta el combustible vaporizado dentro de la cmara de combustin, producindose el encendido a causa de la alta temperatura del aire. En la tercera fase, la fase de potencia, la combustin empuja el pistn hacia atrs, trasmitiendo la energa al cigeal. La cuarta fase es, al igual que en los motores Otto, la fase de expulsin.Algunos motores disel utilizan un sistema auxiliar de ignicin para encender el combustible para arrancar el motor y mientras alcanza la temperatura adecuada.La eficiencia de los motores diesel depende, en general, de los mismos factores que los motores Otto, y es mayor que en los motores de gasolina, llegando a superar el 40%. Este valor se logra con un grado de compresin de 14 a 1, siendo necesaria una mayor robustez, y los motores diesel son, por lo general, ms pesados que los motores Otto. Esta desventaja se compensa con una mayor eficiencia y el hecho de utilizar combustibles ms baratos.Los motores disel suelen ser motores lentos con velocidades de cigeal de 100 a 750 revoluciones por minuto (rpm o r/min), mientras que los motores Otto trabajan de 2.500 a 5.000 rpm. No obstante, algunos tipos de motores diesel trabajan a velocidades similares que los motores de gasolina.

( SISTEMAS DE REFRIGERACION Un sistema de refrigeracin consiste en una mquina refrigeradora y una serie de dispositivos para aprovechar el fro "producido" (en realidad, la absorcin de calor).

( SISTEMAS DE REFRIGERACIN AMBIENTAL:Se utilizan para bajar la temperatura de los ambientes habitables. Puede hacerse con: aparatos unitarios (llamados de ventana) que sirven para un solo local,

aparatos partidos (split), en los que hay un aparato que contiene el compresor, el condensador y la vlvula, y que se sita en un lugar donde el ruido del compresor no moleste y pueda disipar fcilmente el calor, y otro, u otros, aparato/s con un evaporador y un ventilador, situado en los locales a enfriar.

refrigeracin centralizada, en los que una mquina refrigeradora, produce agua fra, que se lleva por conducciones aisladas a unos aparatos terminales, donde se enfra y trata el aire.

( RECOMENDACIONES DE USO: Las temperaturas recomendadas por la legislacin espaola (RITE: Reglamento de Instalaciones Trmicas en los Edificios) estn en un campo de entre 20 y 26C. Generalmente unos 25...26C en verano y unos 20C en invierno.

En cuanto a la humedad, se recomiendan valores entre 40 y 60% de humedad relativa.

No dirigir la corriente de aire fro directamente hacia los usuarios. Es importante una revisin de filtros al menos cada 6 meses para un correcto funcionamiento del equipo.

En el coche es conveniente despus de usar la refrigeracin poner un rato la calefacin para evaporar la humedad formada por el aire fro y evitar as que se formen hongos y bacterias. Esta prctica evita el "olor a pies" de los aires acondicionados de coche.

Tambin es aconsejable poner el aire acondicionado del coche con regularidad, para evitar que pierdan la carga de refrigerante. Esto es debido a que los compresores de coche no son del todo hermticos y pierden refrigerante si no se lubrican con regularidad.

( MQUINAS QUE APLICAN EL SISTEMA DE REFRIGERACIN Aire acondicionado

Refrigerador domstico

Nevera

Enfriador de agua

Refrigeracin automotor ( Aire acondicionado

El acondicionamiento de aire es el proceso ms completo de tratamiento del aire ambiente de los locales habitados y consiste en regular las condiciones en cuanto a temperatura (calefaccin o refrigeracin), humedad y limpieza (renovacin, filtrado). Si no se trata la humedad, sino solamente la temperatura, podra llamarse climatizacin.

Entre los sistemas de acondicionamiento se cuentan los autnomos y los centralizados.

Los primeros producen el calor o el fro y tratan el aire (aunque a menudo no del todo). Los segundos tienen un/unos acondicionador/es que solamente tratan el aire y obtienen la energa trmica (calor o fro) de un sistema centralizado.

En este ltimo caso, la produccin de calor suele confiarse a calderas que funcionan con combustibles. La de fro a mquinas frigorficas, que funcionan por compresin o por absorcin y llevan el fro producido mediante sistemas de refrigeracin.

( Frigorfico

El frigorfico (tambin llamado refrigerador, nevera o heladera) es de los electrodomsticos ms comunes en el mundo. El aparato usa la refrigeracin para preservar la comida.

ENTROPIAEntropa es la funcin de estado que mide el desorden de un sistema fsico o qumico, y por tanto su proximidad al equilibrio trmico.En cualquier transformacin que se produce en un sistema aislado, la entropa del mismo aumenta o permanece constante, pero nunca disminuye. As, cuando un sistema aislado alcanza una configuracin de entropa mxima, ya no puede experimentar cambios: ha alcanzado el equilibrio.

En el caso de dos gases puros que no reaccionan qumicamente entre s, que se encuentren encerrados, a la misma presin y temperatura, en sendos recipientes comunicados por una llave de paso, al abrir sta, las molculas de cada gas comenzarn a pasar de un recipiente a otro, hasta que sus concentraciones en ambos se igualen. Todo este proceso transcurre sin variacin de presin, temperatura o volumen; no se intercambia en l trabajo alguno, ni existe variacin de energa, pero sta se ha degradado en la evolucin del sistema desde el estado inicial hasta el final.

ES DECIR: El valor energtico de un sistema no depende tan slo de la materia y la energa que contiene sino de algo ms, la entropa, que expresa lo que hay en l de orden o de desorden. La energa se conserva, pero se va degradando a medida que la entropa del sistema aumenta.

La entropa es un concepto que se aplic inicialmente a sistemas de termodinmica para tener una idea de la cantidad de calor disipado por un cuerpo.

La idea general es que un cuerpo cuando libera mayor cantidad de energa calorfica es que las molculas que lo componen se mueven a mayor velocidad chocando unas con otras, y en cada choque de molculas se libera alguna cantidad de energa en forma de calor.

ENTONCES: Una alta medida de entropa significara ms calor liberado por el cuerpo y una baja medida de entropa hace pensar que el cuerpo libera poco calor. Ms tarde se hicieron algunas analogas del comportamiento de las molculas con algunas caractersticas de fenmenos propios de otras reas del conocimiento, como las comunicaciones.

En autmatas celulares tambin se ha adoptado este trmino para indicar el grado de desorden en que las configuraciones de alguna longitud especfica puedan ocurrir; o el grado de desorden en que las configuraciones globales aparecen; o la variacin de valores de estados que una sola clula presenta a lo largo de un nmero determinado de pasos del tiempo.

En Fsica: La entropa es la magnitud termodinmica que mide la parte de la energa que no puede utilizarse para producir un trabajo. En un sentido ms amplio se interpreta como la medida del desorden de un sistema. Es una funcin de estado de carcter extensivo y su valor en un sistema aislado crece en el transcurso de un proceso que se d de forma natural. La palabra entropa procede del griego y significa evolucin o transformacin.

Esta idea fue plasmada mediante una funcin ideada por Clausius a partir de un proceso cclico reversible. En todo proceso reversible la integral curvilnea de slo depende de los estados inicial y final, con independencia del camino seguido. Por tanto ha de existir una funcin de estado del sistema, S = f (P,V,T) denominada entropa, cuya variacin en un proceso reversible entre los estados 1 y 2 es:

Tenga en cuenta que como el calor no es funcin de estado se usa Q en lugar de dQ.La entropa fsica, en su forma clsica, es definida por la ecuacin:

O ms simplemente, cuando no se produce variacin de temperatura (proceso isotrmico):

Donde:

S : Es la entropa

: La cantidad de calor intercambiado

T : La temperatura en grados absolutos (grado Kelvin).

Los nmeros 1 y 2 se refieren a los estados iniciales y finales de un sistema termodinmico.

El significado de esta ecuacin es el siguiente:

Cuando un sistema termodinmico pasa del estado 1 al estado 2, el cambio en su entropa es igual al cambio en su cantidad de calor dividido por su temperatura

Las unidades de la entropa en el Sistema Internacional es el J/K (o Clausius) definido como la variacin de entropa que experimenta un sistema cuando absorbe el calor de 1 Julio (unidad) a la temperatura de 1 Kelvin.

Slo se pueden calcular variaciones de entropa. Para calcular la entropa de un sistema es necesario fijar la entropa del mismo en un estado determinado. La tercera Ley de la Termodinmica fija un estado estndar para sistemas puros: en el cero absoluto (0 K) la entropa es nula.

Esta magnitud permite definir la Segunda Ley de la Termodinmica, por el que un proceso tiende a darse de forma espontnea en un cierto sentido solamente. POR EJEMPLO: un vaso de agua no empieza a hervir por un extremo y a congelarse por el otro de forma espontnea, aun cuando siga cumplindose la condicin de conservacin de la energa del sistema (Primera Ley de la Termodinmica).' Por tanto, otra manera posible de interpretar esta magnitud es aquella que reza:

El tiempo, como nosotros lo conocemos, es la direccin en que la entropa global del sistema crece.

Para qu sirve la entropa?

La entropa sirve como medida del grado de restriccin o como medida del desorden de un sistema, o bien en ingeniera, como concepto auxiliar en los problemas del rendimiento energtico de las mquinas, es una de las variables termodinmicas ms importantes. Su relacin con la teora del caos le abre un nuevo campo de estudio e investigacin a este tan manoseado concepto.

BIBLIOGRAFIA

http://es.wikipedia.org/wiki/Termodin%C3%A1micahttp://joule.qfa.uam.es/beta-2.0/temario/tema1/tema1.phphttp://webpages.ull.es/users/mlgarcia/TermoI/TermoIesqCAP1.htmlhttp://html.rincondelvago.com/termodinamica_10.htmlhttp://joule.qfa.uam.es/beta-2.0/temario/tema1/tema1.phphttp://www.estrucplan.com.ar/Producciones/entrega.asp?IdEntrega=409http://webdelprofesor.ula.ve/ciencias/labdemfi/termodinamica/html/contenido.htmlhttp://ap.concytec.gob.pe/fanning/modulotermodinamica/concepto.htmhttp://es.wikipedia.org/wiki/Procesos_Termodin%C3%A1micoshttp://es.wikipedia.org/wiki/Segunda_ley_de_la_termodin%C3%A1micahttp://www.fis.puc.cl/~labdoc/Guias%20Laboratorios/Fiz0211/carnot2.pdf#search=%22modo%20maquina%20de%20calor%22http://www.cec.uchile.cl/~roroman/cap_10/cap_10.htmhttp://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_de_refrigeraci%C3%B3nhttp://www.monografias.com/trabajos/termoyentropia/termoyentropia.shtmlhttp://es.wikipedia.org/wiki/Entrop%C3%ADahttp://es.wikipedia.org/wiki/Entrop%C3%ADa_(informaci%C3%B3n)BIBLIOGRAFIA

http://es.wikipedia.org/wiki/Termodin%C3%A1micahttp://webpages.ull.es/users/mlgarcia/TermoI/TermoIesqCAP1.htmlhttp://html.rincondelvago.com/termodinamica_10.htmlhttp://www.estrucplan.com.ar/Producciones/entrega.asp?IdEntrega=409http://webdelprofesor.ula.ve/ciencias/labdemfi/termodinamica/html/contenido.htmlhttp://es.wikipedia.org/wiki/Procesos_Termodin%C3%A1micoshttp://www.fis.puc.cl/~labdoc/Guias%20Laboratorios/Fiz0211/Maquina%20de%20Calor.pdf#search=%22modo%20maquina%20de%20calor%22http://www.fis.puc.cl/~labdoc/Guias%20Laboratorios/Fiz0211/carnot2.pdf#search=%22modo%20maquina%20de%20calor%22http://www.cec.uchile.cl/~roroman/cap_10/cap_10.htmhttp://www.monografias.com/trabajos/termoyentropia/termoyentropia.shtmlhttp://es.wikipedia.org/wiki/Entrop%C3%ADa