De la máquina de vapor al cero absoluto (Calor y entropía)

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Instituto Politécnico Nacional

Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Electica

Asignatura: Termodinámica II

Ciclo: 2022-2

Ensayo del resumen de lectura del 1er parcial

Título del libro sugerido:

De la máquina de vapor al cero absoluto (Calor y entropía)

Elaborado por: Tapia rojas Carlos Daniel

        Boleta: 2020361257        

Docente: Ing. Luis Torres Pérez

Fecha de entrega: 8 de Marzo del 2022

Objetivos: Relacionar los conceptos de la termodinámica por medio de la lectura de algunos delos libros sugeridos por el docente Ing. Luis Torres Pérez.

Reconocer conceptos importantes que se irán desarrollando en el transcurso del curso Termodinámica II.

Prefacio:

1. Se llevó a cabo la lectura del libro “De la máquina de vapor al cero absoluto”.
2. Fue realizada por medio de material didáctico digital dado por el docente en una carpeta drive, se eligió este libro porque fue el quemas me llamo la atención y fui realizando la lectura de manera progresiva hasta acabar.
3. Días antes del examen y fecha de entrega de los archivos.
4. De la maquina de vapor al cero absoluto es un tratado de introduccion a la fisica de la termostatica en el que se resena y explica el largo camino que tuvo que recorrer el hombre para aprender a convertir el calor en trabajo y energia y viceversa.

• Capítulo 1: Bosquejo historia.

Ahora se cree ampliamente que la tecnología es el paso final en el complejo proceso de crear, absorber y aplicar 4.444 conocimientos científicos que han surgido de 4.444 estudios de investigación. Aunque existe una relación compleja entre ciencia y tecnología, si mismo es difícil pensar que esta última sea ajena al quehacer científico. Cierto es que, por ejemplo, las comunicaciones alámbricas e inalámbricas surgen de la comprensión del comportamiento del campo electromagnético a través de los estudios de Faraday, Maxwell y Hertz a finales del siglo pasado. La tecnología surgió así de varios resultados de investigaciones científicas. Pero en el caso del dispositivo, que convierte energía, y en particular calor, en trabajo mecánico, la situación  es todo lo contrario. Estos dispositivos finales, que ahora llamaremos máquinas térmicas, fueron desarrollados desde su forma temprana, en el siglo XVIII, prácticamente como los conocemos hoy, ya en el siglo XIX. Ahí. Se entiende que hay al menos razones teóricas, es decir, explicaciones científicas de sus funciones.

Así que hagamos un poco de historia, una turbina de vapor primitiva que consiste en una bola hueca sostenida por un eje de pivote para que pueda girar el al rededor de un par de ejes, uno de los cuales es hueco. A través de dicho tetón se puede inyectar vapor de agua, que sale del globo por dos tubos plegados y orientados tangencialmente en sentidos opuestos y de diámetro perpendicular al eje del globo situado en los extremos.

Cuando se libera el vapor, el globo responde a esta fuerza y ​​gira alrededor de su eje. El primer prototipo de imprenta también se describe en la misma obra de Eroe, que luego fue objeto de numerosos estudios por Matteo en Alemania en 1571, por Caus en Francia en 1615 y en Italia por Ramelli en 1588, della Porta en 1601 y Branca en 1629.

Más tarde, en 1663, Edward Somerset, segundo marqués de Worcester, describió en su Centuries of Invention un método para aumentar el volumen de agua mediante vapor. Su descripción es poco clara y carece de dibujos; y queda la duda de si construyó el coche o no. La idea de Somerset solo se implementó en los años de 1698 a 1725 y se utilizó para diversas necesidades. En 1698, Thomas Savery patentó una máquina utilizada para elevar agua a granel. Su operación consistía esencialmente en inyectar vapor en un recipiente lleno de agua hasta vaciar su contenido a través de un tubo vertical a través de una válvula de seguridad. Cuando el recipiente está vacío, se detiene el suministro de vapor y el vapor contenido en él se condensa mediante una corriente de agua fría que golpea las paredes exteriores del recipiente y sale del depósito por la parte superior. Este crea un vacío y permite tuberías adicionales, controladas por una segunda válvula de seguridad, para bombear agua desde el pozo de distribución a cualquier fuente. Los niveles de agua en las calderas están controlados por válvulas de presión. Se descubrió que esta, considerada la primera máquina de vapor, se usaba mucho en la extracción de agua de las minas de carbón y para suministrar agua a hogares y pequeñas comunidades. Posteriormente, el motor se modificó de varias maneras, todas con la intención de aumentar la cantidad de agua que podía aumentar el y la altura que podía aumentar, ya que las características del estaban limitadas por la presión que podía soportar la caldera. En 1690, Denis Papin sugirió que se debería usar la condensación de vapor para crear el vacío, que anteriormente estaba bajo un pistón levantado por la acción del vapor

• Capítulo 2: El principio dela conservación dela energía.

El principal estudio que condujo a la determinación de la ecuación entre trabajo mecánico y calor fue realizado por James Joel en Gran Bretaña en 1840. En un trabajo titulado Mechanical Equation of Heat, fechado en 1843 y publicado entre y 1850, Joule proporcionó pruebas concluyentes en apoyo de las conclusiones de Rumford. Durante mucho tiempo su hipótesis favorita fue que el calor consiste en fuerzas, o fuerzas que pertenecen al cuerpo. El eje está conectado por una polea y sistema de la máquina de vapor al cero absoluto una cuerda muy delgada para un peso conocido.

Un dispositivo utilizado por Joule para medir el equivalente mecánico de calor.

Este proceso se repitió veinte veces que llevó a Joule a la siguiente conclusión

La cantidad de calor generado por la fricción entre los objetos. La cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de 1 libra de agua en 1,8 C requiere la acción de una fuerza mecánica.

Por lo que DU-W=Q

Los resultados Joule obtenidos son, de hecho, la base de lo que ahora se conoce como primer termostato. De hecho, lo que muestran es que está aislado del exterior y le da la misma cantidad de energía mecánica de diferentes maneras, el mismo cambio que se ha observado en el sistema. En el caso del experimento de julios, este cambio se explica por el cambio de en la temperatura del sistema. La experiencia de Joule hizo posible extender esta observación a todos los sistemas termodinámicos y postularla DU-W=Q.

• Capítulo 3: El camino hacia la segunda ley. La entropía.

La ley del los gases ideales es la ecuación de estado de un gas ideal PV= n RT donde n es el número de moles y R una constante conocida como la constante

universal de los gases, en este capítulo se explica la relación entre la ley delos gases ideales y el ciclo de Carnot, aunque no es mencionado como tal en el libro como ciclo de Carnot pero por medio de la teoría dada en clase de Termodinámica II se puede llegar a deducir que es el ciclo de Carnot.

El Segundo Principio de la Termodinámica nos dice que todos los procesos de la Naturaleza son irreversibles.

Si analizamos someramente los procesos naturales, todos presentan al menos una de estas dos características: a) No quedan en absoluto satisfechas las condiciones de equilibrio mecánico, químico o térmico, es decir, de equilibrio termodinámico, b) Se producen siempre efectos de disipación energética, viscosidad, resistencia. Eléctrica, etc. Solamente si un proceso se realiza quasi-estáticamente pasaría por una serie de estados de equilibrio termodinámico de modo que el trabajo que realiza puede recibirlo en el proceso inverso. Para que un proceso pueda, pues, considerarse reversible ha de cumplir en definitiva: primero, que sea cuasi estático, y, segundo, que no se desarrollan en los mismos efectos de disipación energética.

Cuando pretendemos crear un motor que funcione entre dos focos caloríficos, sabemos, por el Enunciado de Kelvin-Planck del Segundo Principio de la Termodinámica, que ha de tomar calor del foco caliente para realizar trabajo, pero, siempre, ha de ceder algo de calor al foco frío. Y el rendimiento del motor viene relacionado con la cantidad de calor que absorbe del foco caliente y la que cede al foco frio. Las preguntas que nos hacemos, y que también se hizo en su día el francés Nicolás Leonard Sadi Carnot (1796-1832), son ¿Cuál es el máximo rendimiento que puede obtenerse de un motor funcionando entre dos focos?,

Cuando Carnot describió en 1824, en su artículo 'Sur la puissance motrice du feu", cuando tenía 28 años, un motor ideal reversible que funcionaba con el rendimiento máximo en un ciclo muy sencillo, formado por dos tramos isotérmicos y dos adiabáticos es el ciclo que hoy día se conoce como El Ciclo de Carnot

• Capítulo 4: El concepto de la entropía.

Este capítulo está dedicado a la discusión de la ecuación (11), la cual, como notamos en la sección posterior a la aproximación, es la ecuación más controvertida en todos los componentes termostáticos. En esta ecuación aparece la variable S que, como definimos e insistimos en el capítulo anterior, juega un papel fundamental en la teoría de las máquinas térmicas y especialmente para dar respuesta a cuestiones de carácter puramente práctico, cuál es la más lejana parte, calor conmutable en trabajo útil. Por tanto, es necesario reconocer el origen estrictamente utilitario de S, cuyo significado es por el momento completamente misterioso. En 1865, unos once años después de su introducción a la termodinámica, Clausius escribió el artículo, en el que investigaba la función de diferentes sistemas. En este estudio, pudo apreciar el importante papel de S en cambios de diferente naturaleza, por lo que lo llamó "entropía" (del griego tropos, que significa cambio, transformación).

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