Escalando El Popo 1 Termodinámica ESAD

Título:

Escalando el Popo: Planteamiento del problema

En la importancia de la termodinámica y su entorno, se identificarán:

Los sistemas termodinámicos y los sistemas de unidades

Los gases ideales y los no ideales.

Los tipos de equilibrio y sus ecuaciones de estado, las propiedades y clasificación de las sustancias puras, la aplicación de la ley cero de la termodinámica,

Las propiedades volumétricas de los fluidos y sus diagramas de Pv, PT y PvT.

Sus aplicaciones al fenómeno natural al escalar el Popo.

Introducción

Termodinámica

Estudia los procesos en los que se transfiere energía como calor y como trabajo.

Un sistema en equilibrio termodinámico. Según su procedencia pueden ser de tres tipos:

Variables de composición:

Especifican la cantidad de cada uno de los componentes. Por ejemplo, la masa de cada uno o el número de moles.

Variables mecánicas:

Son aquellas que proceden de una interacción mecánica, como presión, volumen, pero también aquellas que proceden de otras ramas de la Física como el Electromagnetismo (intensidad del campo eléctrico o magnético, etc.).

Variables térmicas:

Son las que surgen de los postulados propios de la Termodinámica o combinaciones de estas con variables mecánicas.

Las variables que tienen relación con el estado interno de un sistema, se llaman variables termodinámicas o coordenadas termodinámicas, y entre ellas las más importantes en el estudio de la termodinámica son:

• la masa

• el volumen

• la densidad

• la presión

• la temperatura

Las variables pueden ser extensivas o intensivas.

Las extensivas son globales, es decir, dependen del tamaño del sistema y son aditivas. Ejemplos son el volumen, la masa, el número de moles, etc. Las variables extensivas pueden convertirse en específicas cuando se establecen por unidad de masa o molares cuando se expresan por unidad de mol.

Las variables intensivas son locales (están definidas en cada parte del sistema y son, por lo tanto, independientes de su tamaño) y no son aditivas, como por ejemplo, la temperatura, la presión, etc. Las variables específicas y molares son intensivas.

La ley de los gases ideales: es la ecuación de estado del gas ideal, un gas hipotético formado por partículas puntuales, sin atracción ni repulsión entre ellas y cuyos choques son perfectamente elásticos (conservación de momento y energía cinética).

LEY CERO: EQUILIBRIO TERMICO Y TEMPERATURA

Dos sistemas A y B pueden estar aislados el uno del otro y del entorno a ellos a través de paredes adiabáticas. Ambos sistemas pueden estar en estados diferentes y el cambio que experimenta uno no tiene efecto en el otro. Ahora, si la pared que separa a los sistemas A y B es sustituida por una pared diatérmica, se establece un flujo de energía en forma de calor. El intercambio de energía permite que las variables macroscópicas de ambos sistemas cambien. Los cambios ocurren hasta que en ambos sistemas las variables macroscópicas se hacen constantes. Cuando esto ocurre decimos que ambos sistemas están en equilibrio térmico. En realidad dos sistemas no tienen por qué estar en contacto para estar en equilibrio térmico. A través de un tercer sistema C podemos descubrir si dos sistemas están en equilibrio térmico. (1)(2)

Desarrollo

El Popo tiene una altura de 5,452 metros y es el más alto de México. Forma parte del paisaje de la Ciudad de México, aunque está muy retirado de la misma.

La mejor época para ascender a su cumbre es desde mediados de noviembre a mediados de marzo, y quienes han ido afirman que la subida no es difícil, aunque sí larga y dura, y hay que estar en buenas condiciones físicas.

La ruta que usan los alpinistas es por el pueblo de Las Cruces, y se tarda de seis a ocho horas en llegar a la cumbre, y otras tres horas en el descenso. La excursión se inicia en el refugio de Tlamacas, al pie del volcán, que está a una altura de 3,960 metros, y hasta donde se puede llegar cómodamente en autobús vía Amecameca, lo que se hace en dos o tres horas.

Se recomienda iniciar el ascenso entre las dos y las cuatro de la madrugada, e ir bien equipado con bastones de esquí y un piolet, crampones, lámpara de cabeza o de minero para la salida, botas de escalador, equipo de primeros auxilios y suficientes víveres para cualquier emergencia.

La primera etapa del ascenso es de dos horas, caminando sobre tierra volcánica. Al llegar al lugar llamado Las Cruces debe tomarse el camino de la izquierda, no el de la derecha, porque es una ruta más difícil. Por supuesto, no se aconseja ir solo ni en grupo si no llevan a un guía que conozca bien todo el proceso de la ascensión.

De Las Cruces se inicia la segunda etapa, que es la más fatigosa, porque se pasa del suelo volcánico a la nieve. En el camino y en algunas rocas hay indicios que han dejado otros alpinistas para guiar a los que ascienden por primera vez. Hay que dar varios rodeos y evitar salientes y masas de nieve que no ofrezcan seguridad, y por fin se llega a una gran roca que está justamente sobre el borde del cráter, que tiene una profundidad de 480 metros, y mide de un extremo a otro 850 metros.

Pero hay que caminar un poco más para llegar hasta la cumbre del volcán, pues la roca gigantesca está en una parte inferior. Desde la cima se puede contemplar, en un día claro, la Ciudad de México, el Izta, la ciudad de Puebla, y el Pico de Orizaba.

Se advierte a los alpinistas noveles que vigilen el llamado mal de altura, que se manifiesta con náuseas, fuertes dolores de cabeza y a veces hemorragia nasal. Se debe descansar hasta que desaparezcan dichas molestias, y si no sucede esto, regresar en busca de ayuda médica, aunque se dice que un día de descanso en el albergue de Tlamacas puede ayudar mucho.

En este caso encontramos dos sistemas termodinámicos

• sistema abierto y sistema cerrado

Identificar los problemas modelos que se utilizaran para resolver

los problemas

Condición física

Metabolismo, cambios climáticos, balance energético, ley cero de la termodinámica

Alimentación

Catabolismo,anabolismo

Altitud

Ley de los gases

Condición física

La condición física es el estado de la capacidad de rendimiento psico-física de una persona en un momento dado. Se manifiesta como capacidad de fuerza, velocidad, resistencia y flexibilidad. Influyen en ella los procesos energéticos del organismo y las características psíquicas precisas para el cometido que se le asigne a dicha condición.

La condición física (fuerza) será en el rendimiento, resistencia y capacidad que tenga la persona para aplicarla al escalar la montaña, la velocidad: esta nos determinara el tiempo que se tarde en subir la montaña.(3)

Ecuación no. 1

Fuerza

f =m. a

F= fuerza newtons (kg•m/s²), m= masa kilogramo (Kg), a = aceleración ( m/s.)

Ecuación no. 2

Velocidad v=d/t

V = velocidad (m/s), d = distancia ( mts.), t= tiempo (segundos)

Cambios climáticos

A la temperatura corporal (constante), muchas reacciones o sistemas del organismo humano pueden alcanzar un estado de equilibrio químico, el que debido a que las velocidades de los procesos directo e inverso de la reacción se igualan (lo que supone reversibilidad), logra alcanzar una relación constante entre las concentraciones y/o presiones de productos y reaccionantes (cociente de reacción). Esta relación invariable a dicha temperatura entre productos y reaccionantes, se conoce como constante de equilibrio (K). Estado de equilibrio, que puede ser modificado (o perdido) si son modificados ciertos parámetros del sistema (concentraciones de sustancias, presiones parciales, temperatura, etc.) bajo fuerzas externas.

Los seres vivos son sistemas abiertos que intercambian materia y energía con el ambiente. Cuando en un ser vivo ocurre un proceso determinado, la energía que se pierde o se disipa es igual a la que gana el ambiente.

En este aspecto relacionaremos los cambios de clima con la capacidad de resistencia del escalador para absorber los cambios climatológicos a diferentes alturas de la montaña.

En climatología el uso de modelos es imprescindible para hacer pronósticos meteorológicos y para intentar prever las consecuencias de los posibles cambios climáticos a medio y largo plazo. El problema está en que la realidad es tan compleja que ni aun usando los más potentes ordenadores se puede reproducir con fidelidad.

Ley cero de la termodinámica

La temperatura es una de las variables termodinámicas que se requiere medir, lo cual se hace por medio de los instrumentos conocidos como termómetros, cuyo funcionamiento se basa en el cambio de alguna propiedad física, como la longitud, el volumen, la resistencia eléctrica o el color.

En este caso usamos la medición de las temperaturas para identificar los grados a la intemperie en los que se esta, al momento de estar a Cierta altura del popo ya que el clima y las condiciones del volcán cambian a diferentes alturas del popo.(4)

Equilibrio térmico

Se dice que los cuerpos en contacto térmico se encuentran en equilibrio térmico cuando no existe flujo de calor de uno hacia el otro.

Formula del equilibrio térmico

Ecuación no. 3

Q= m1cp1 (T2-T1) = m2cp2 (t2-t1)

Donde m es la masa de uno de los componentes o fluidos (kg), cp es la capacidad calorífica,

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