Termodinámica

Principios, sistemas termodinámicos y conducción de calor

Silvia Palomares Alva

Agenda I. IntroducciónII. Energía

II.I TrabajoII.II PotenciaII.III Energía mecánica

III. Teoría molecularIV. Calor

IV.I Unidad de medición del calorV. CalorimetríaVI. TemperaturaVII. Diferencias entre temperatura y calorVIII. Leyes de la termodinámicaIX. Sistema termodinámico

IX.I. Sistema abiertoIX.II. Sistema cerradoIX. III. Sistema aislado

X. Transmisión del calorX.I ConducciónX.II. ConvecciónX. III. Radiación

XI. Absorción del calorXII. Frasco de Dewar

Introducción Al mirar a nuestro alrededor se observa que las plantas crecen, los animales se trasladan y que las máquinas y herramientas realizan las más

variadas tareas. Todas estas actividades tienen en común que precisan del concurso de la

energía. La energía es una propiedad asociada a los

objetos y sustancias y se manifiesta en las transformaciones que ocurren en la naturaleza.

La energía se manifiesta en los cambios físicos, por ejemplo, al elevar un objeto, transportarlo, deformarlo o calentarlo.

La energía está presente también en los cambios químicos, como al quemar un trozo de madera o en la descomposición de agua mediante la corriente eléctrica.

La energía es una magnitud cuya unidad de medida en el S.I. es el Joule (J).

Energía En física, «energía» se define como la capacidad para realizar un trabajo

¿Qué es trabajo?

El Trabajo es una de las formas de transmisión de energía entre los cuerpos. Para realizar un trabajo es preciso ejercer una fuerza sobre un cuerpo y que éste se desplace.

El trabajo, W, de una fuerza aplicada a un cuerpo es igual al producto de la componente de la fuerza en la dirección del movimiento, Fx, por el

desplazamiento, s, del cuerpo.

¿Qué es potencia ?

La Potencia es la relación entre el trabajo realizado y el tiempo empleado. Se mide en vatios, W, en el Sistema Internacional.

La potencia mide la rapidez con que se efectúa un trabajo, es decir, la rapidez con que tiene lugar la transferencia de energía

desde un cuerpo a otro.

¿Qué es ENERGIA MECÁNICA ?

Es la producida por fuerzas de tipo mecánico, como la elasticidad, la gravitación, etc., y la poseen los cuerpos por el hecho de moverse o de encontrarse desplazados de su posición de equilibrio.

Puede ser de dos tipos: Energía cinética y energía potencial (gravitatoria y elástica)

Manifestándose

CALOR

Usamos para cocinar alimentos, fundir metales, mover máquinas, incrementar la temperatura de un cuerpo frío, etc.

Calor Temperatura

Energía electromagnética Energía electrostática Energía mecánica Energía química Energía nuclear Energía del sonido Energía térmica

Ejemplos: energía-> calor

1. Energía térmica

Tipos de energías que pueden convertirse en energía térmica

1- Energía mecánicaSe convierte en ET cada vez que botamos una pelota.Energía cinética-> calor= - rebote

2. Energía térmicaTransferido de un cuerpo a otro, haciendo que se calienten.-Calentar agua en un ollaDeducir:+caliente= + velocidad de sus moléculas

3. Energía eléctrica

Se convierte en energía térmica cuando usamos: -estufas eléctricas -tostadores -bombillas

4. Energía químicaNuestros cuerpos convierten a energía química de los alimentos que comemos en calor

5. Energía solarLa luz del sol se convierte en calor y hace que la superficie de la tierra se caliente

Conclusión

Cuando mas energía tiene un sistema, más activadas se ponen sus moléculas

Cuando más rápidas se mueven sus moléculas, más energía termina o calor producen

La cantidad de calor en una sustancia está determinada por qué tan rápido se mueven sus moléculas, que a su vez depende de cuánta energía tiene el sistema

Teoría molecular Permite comprender la diferencia entre calor y temperatura

Por ejemplo:

• Todos los cuerpos están constituidos por partículas llamadas moléculas y estas por átomos

• Las partículas que forman parte de un cuerpo se encuentran en constante movimiento

• Toda partícula en movimiento tiene energía cinética• Si una partícula incrementa su movimiento incrementa su

energía cinética• El movimiento interno que tienen las partículas que forman

parte de un cuerpo se conoce como calor

Calor

<< Energía cinética total de las moléculas de un cuerpo>>

Es la energía que tiene un objeto debida al movimiento de sus átomos y moléculas que están constantemente vibrando, moviéndose y chocando unas con otras

Unidad de medición

CALORIA

Una caloría es la cantidad de calor que requiere un gramo de agua para incrementar su temperatura en

un ºC

1 caloría (cal)= 4.186 Joule – I Joule= 0.24 cal

¿Cómo se obtiene las calorías?

Ti: 30ºC Tf: 40 ºC m: 5gr

Se obtiene por la diferencia de temperatura (Δt) y después se multiplica por la masa (m):

Q= m(Δt)

Ejemplo:

Q= 5gr. ( 40ºC – 30ºC)50 cal

Calorimetría

Encargado de medir el calor, ya sea en una reacción química o en algún cambio físico; mediante el uso de un calorímetro

Temperatura

• Sensación física que nos produce un cuerpo cuando entramos en contacto con éste

• Medida de calor o energía térmica de las partículas en una sustancia

• Es la forma de expresar por medio de un cantidad que tan caliente o rio ésta un cuerpo con respecto a otro

La Temperatura es una propiedad de la materia que está relacionada con la sensación de calor o frío que se siente en contacto con ella

Así mismo, puede definirse como:

<< Energía cinética promedio de las moléculas de un cuerpo >>

La temperatura de un cuerpo no dependerá del número de su numero de partículas; por ende tampoco de su tamaño

Diferencias entre TEMPERATURA y CALOR

CalorEnergía total del movimiento molecular

de una sustancia -Depende de la velocidad de las partículas, su número, su tamaño, su tipo-El calor es lo que hace que la temperatura aumenta o disminuya-El calor es una energía

Temperatura

Es una medida de a energía molecular media

-No depende del tamaño, del número o de tipo -La temperatura no es energía sino una medida de ella

Leyes de la termodinámicaEs el estudia de la relación entre calor, trabajo y energía. En especial la

conversión de la energía en trabajo

Equilibrio térmico

Ocurre cuando dos cuerpos con diferentes temperaturas se ponen en contacto y uno de ellos empieza a perder calor porque transmite energía al cuerpo que se encontraba

con una menor temperatura, ganando calor

Q ganado=Q perdido

Ley 0 de la termodinámica

Cuando dos sistemas A y B están en equilibrio térmico con uno C, A y B también están en equilibrio térmico entre si

1º ley de la termodinámica

También conocido como principio de conservación de la energía<< La energía no se crea ni se destruye sólo se transforma>>

Q= ΔU + W

La diferencia de calor absorbido por un sistema, el cual al pasar de un estado a otro, menos el trabajo realizado; que es independiente del camino seguido por la

transformación al inicio y al final; es igual a la energía interna del sistema

2º ley de la termodinámica

Regula la dirección en la que deben llevarse a cabo los procesos termodinámicos y la imposibilidad de que ocurra en sentido contrario

Calor siempre sea unidireccional, desde el cuerpo con mayor temperatura al de menor.

Así mismo la entropía siempre debe ser mayor que cero

3º ley de la termodinámica

Afirma que es imposible alcanzar una temperatura igual al cero absoluto mediante un número finito de procesos físicos.

Al llegar al cero absoluto cualquier proceso de un sistema se detiene

Al llegar al 0 absoluto la entropía alcanza un valor constante

Sistemas termodinámicos

Un sistema termodinámico (también denominado sustancia de trabajo) se define como la parte del universo objeto de estudio.

Esta limitado por una superficie cerrada real o imaginaria capaz de interactuar térmicamente con su entorno; es decir, pudiendo intercambiar calor o con su medio externo

La región no incluida en el

sistema termodinámico

Tipos de sistemas termodinámicos

Sistema abierto

Sistema cerrado

Sistema aislado

Ingreso y salida de materia y energía• Los animales intercambian energía con su exterior,

consumen “materia” en forma de alimento y la eliminan• Ser humano

No ingreso ni salida de materia pero sí de energía• Un reloj de cuerda, requiere aporte de energía mas no de

materia

El sistema no intercambia materia ni energía con el exterior• Termo

Transmisión de calor La transferencia de calor es el paso de energía térmica desde un cuerpo de

mayor temperatura a otro de menor temperatura.

Tipos:

Conducción:

La conducción es el transporte de calor a través de una sustancia y tiene lugar cuando se ponen en contacto dos objetos a diferentes

temperaturas. El calor fluye desde el objeto que está a mayor temperatura hasta el que la tiene menor. La conducción continúa hasta

que los dos objetos alcanzan a la misma temperatura (equilibrio térmico).

• Los sólidos son mejores conductores que los líquidos y éstos mejor que los gases.

• Los metales son muy buenos conductores del calor (plata, cobre, aluminio), mientras que el aire es un mal conductor.

Convección:

Radiación:

La convección tiene lugar cuando áreas de fluido caliente (de menor densidad) ascienden hacia las regiones de fluido frío.

• En los líquidos y en los gases la convección es la forma más eficiente de transferir calor.

La radiación es un método de transferencia de calor que no precisa de contacto entre la fuente de calor y el receptor

• La radiación se produce cuando los electrones situados en niveles de energía altos caen a niveles de energía más bajos.

• Todos los objetos absorben y emiten radiación

Procesos que producen calor:

Absorción de calorProceso mediante el cual un cuerpo absorbe energía que otro cuerpo a

mayor temperatura le cede. pudiendo este ultimo variar o no su temperatura

I. Isobárico= a presión constante II. Isométrico= a volumen constante III. Isotérmico = donde no hay transferencia de calor pero si hay

variación de volumen esta Q (calor) = W (trabajo) IV. Adiabático= no hay transferencia del sistema al medio, pero

puede variar cualquier factor.

Factores:

I. Color: Colores oscuros absorben más calor que los clarosII. Textura: Superficie lisa absorben más calor que los de

superficie rugosaIII. Tamaño: a mayor tamaño de la superficie mayor absorción

Frasco de DewarActualmente conocido como termo.

Es un recipiente diseñado para proporcionar aislamiento térmico, disminuir las pérdidas de calor por conducción, convección o radiación. Se utiliza para almacenar

líquidos, fríos o calientes

• En su interior está hecho de un material que es mal conductor del calor ( vidrio o plástico)

• Su parte interna es de color claro( plateado) para así no perder el calor por radiación

• El recipiente interno esta aislado del recipiente exterior, para así evitar perder calor por convección

Caracterizado por:

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