Mecánica de fluidos y termodinamica

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TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICO[pic 2][pic 3]

Campus Coatzacoalcos

Instituto Tecnológico Superior de Coatzacoalcos

Asignatura:

Mecánica de Fluidos y Termodinámica

Clave: ELF-1017

SATCA: 3-2-5

Docente:

Ing. Jesús Alberto Cruz Toy

Carrera:

Ingeniería Eléctrica

3BE

Unidad 2. Introducción a la Termodinámica

Investigación

Integrantes:

Arcos González Jesús Antonio

Baxín Aguilar Bryan Ismael

Corres Niño Emanuel

De la Cruz Orozco Samuel

Erik Adrián López Gómez

Zúñiga Valdivieso Raymundo

Ortiz Salinas Atenas Monserrat

Coatzacoalcos, Veracruz; a 22 de Noviembre del 2023

índice

Índice de figuras        4

Introducción        1

Fundamento teórico        2

Formas de la energía utilizadas        3

Ejemplo - Energía mecánica        5

Ejemplos – Energía térmica        10

Ejemplo - Energía hidráulica        13

Energía, Entropía y Equilibrio        14

Sistema termodinámico        17

Trabajo termodinámico, Energía cinética y Energía potencial        20

Ejemplo - Energía cinética        22

Ejemplo - Energía potencial        25

Conclusión        28

Referencias        ¡Error! Marcador no definido.

Índice de figuras

Figura 1        3

Figura 2        4

Figura 3        9

Figura 4        12

Figura 5        14

Figura 6        15

Figura 7        16

Figura 8        17

Figura 9        18

Figura 10        19

Figura 11        19

Figura 12        21

Figura 13        25

Introducción

La presente investigación se centra en la comprensión y análisis de los fundamentos de la termodinámica, una rama esencial de la física que aborda el estudio de las propiedades y transformaciones de la energía en sus diversas formas. La termodinámica proporciona un marco teórico crucial para entender los procesos energéticos y las interacciones en sistemas físicos. En este estudio, nos enfocamos en varios subtemas clave, explorando las formas de energía utilizadas, la relación entre energía, entropía y equilibrio, los sistemas termodinámicos, el trabajo termodinámico, así como la energía cinética y potencial.

Esta investigación busca proporcionar una visión integral de los principios termodinámicos fundamentales y su aplicación en la comprensión de las diversas formas de energía utilizadas en nuestra sociedad.

Objetivo

El objetivo de esta investigación es proporcionar una visión integral de los principios termodinámicos fundamentales y su aplicación en la comprensión de las diversas formas de energía utilizadas en nuestra sociedad.

Fundamento teórico

Energía, Entropía y Equilibrio:

La segunda ley de la termodinámica establece que la entropía de un sistema aislado tiende a aumentar con el tiempo, llevando a los sistemas hacia estados de mayor desorden. Exploraremos la relación entre energía, entropía y equilibrio, examinando cómo los sistemas tienden a alcanzar un equilibrio termodinámico a medida que la entropía alcanza su máximo valor. Esta sección proporcionará una visión profunda de los principios fundamentales que rigen la evolución de los sistemas físicos hacia estados de mayor entropía.

Sistema Termodinámico:

Un sistema termodinámico es la unidad de interés en el estudio de la termodinámica. Investigaremos las características y clasificaciones de los sistemas termodinámicos, desde sistemas cerrados hasta sistemas abiertos, y analizaremos cómo estos interactúan con su entorno. La comprensión de los sistemas termodinámicos es esencial para modelar y predecir los cambios en la energía y la entropía durante diferentes procesos.

Trabajo Termodinámico:

El trabajo termodinámico es una forma esencial de transferencia de energía en procesos físicos. Exploraremos cómo el trabajo se realiza en sistemas termodinámicos, centrándonos en las expresiones matemáticas que describen el trabajo en diferentes contextos, como la expansión o compresión de un gas y otros procesos.

Energía Cinética y Energía Potencial:

La energía cinética y potencial son formas fundamentales de energía asociadas al movimiento y la posición de objetos. Analizaremos cómo estas formas de energía están presentes en diversas situaciones, desde el movimiento de partículas en un gas hasta la energía almacenada en objetos elevados en un campo gravitatorio. Comprender la relación entre la energía cinética y potencial es esencial para analizar sistemas físicos desde una perspectiva termodinámica.

Formas de la energía utilizadas

La energía puede existir en distintas formas, ya sea térmica, mecánica, cinética, potencial, eléctrica, magnética, química o nuclear. La suma de algunas o todas estas, conforma la energía total E de un sistema, la cual se denota por unidad de masa mediante e y se expresa como:

Figura 1

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La Termodinámica estudia las transformaciones energéticas que experimenta un sistema termodinámico, por lo que es necesario introducir ahora qué tipos de energía entran en juego cuando un sistema experimenta una determinada transformación y cuál es la relación que existe entre ellos.

En primer lugar, es necesario diferenciar la energía que un sistema puede acumular de la energía que se transfiere a un sistema cuando éste experimenta una transformación. La primera (denominada energía interna), es una propiedad del sistema y por tanto una función de estado.)

La energía transferida a un sistema termodinámico puede ser de dos tipos: calor y trabajo. Ninguna de estas magnitudes es una función de estado, ya que no son propiedades del sistema sino la energía que se le ha suministrado a lo largo de una transformación, y dependen por tanto de la misma.

Energía mecánica

Figura 2

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La energía mecánica es la suma de la energía cinética y la energía potencial de un cuerpo o sistema. La energía cinética es la energía que tienen los cuerpos en movimiento, ya que depende de sus velocidades y sus masas. La energía potencial, en cambio, está asociada al trabajo de fuerzas que se denominan conservativas, como la fuerza elástica y la gravitatoria, que dependen de la masa de los cuerpos y de su posición y estructura.

El Principio de conservación de la energía establece que la energía mecánica se conserva (permanece constante) siempre que las fuerzas que actúen sobre el cuerpo o sistema sea conservadora, es decir, no le haga perder energía al sistema. Este principio puede escribirse matemáticamente de la siguiente manera:

Emec = Ec + Ep = cte

donde Ec es la energía cinética del sistema y Ep su energía potencial, que puede ser gravitatoria, elástica, eléctrica, etc.

Esta relación no se cumple si el sistema se ve afectado por fuerzas no conservativas. Por ejemplo, en el caso de movimientos sobre superficies con rozamiento (como la mayoría de las superficies), la energía cinética se disipa en forma de calor. La energía mecánica de un sistema puede perderse también en forma de calor, por ejemplo, en sistemas termodinámicos en los que la energía mecánica puede convertirse en térmica.

La energía mecánica es frecuentemente utilizada para realizar trabajos o convertirla en otras formas de energía, como es el caso de la energía hidráulica (cuando el hombre aprovecha la energía potencial del agua que cae para realizar un trabajo). Otro ejemplo es la energía eólica o la energía mareomotriz, que utiliza la energía cinética del viento y de las mareas para transformarlas en otro tipo de energía útil.

Ejemplo - Energía mecánica

Ejercicio

Un carro de 200 g de masa, baja por una trayectoria como se muestra en la figura. Colocado a 50 cm respecto al suelo, el carro tiene una velocidad de 2 m/s. Sin tener en cuenta las fuerzas disipativas, ¿Qué altura tendrá cuando su velocidad sea de 3 m/s?

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