Termodinamica

Objetivo General

Conocer los tipos de sistemas termodinámicos y sus características que permitan familiarizarse con los procesos termodinámicos y las propiedades que estos aplican.

1.2 Objetivos Específicos

Conocer los principios fundamentales de la termodinámica.

Definir que es un sistema termodinámico

Conocer los conceptos básicos para el estudio de los sistemas termodinámicos.

Definir los tipos de sistemas en la termodinámica

Identificar los límites y alrededores en el sistema

Conocer los fundamentos de termodinámica aplicados a sistemas cerrados, abiertos y aislados.

Entender la aplicación de la primera y la segunda ley de la termodinámica.

Crear la habilidad para aplicar los fundamentos de la termodinámica a los problemas de ingeniería.

LEIDY PAOLA HERNANDEZ BARBOSA

SISTEMAS TERMODINÁMICOS

Un sistema es una cantidad de materia o una región en el espacio elegida para el estudio desde el punto de vista energético. La masa o región fuera del sistema recibe el nombre de alrededores Y la superficie real o imaginaria que separa al sistema se llama frontera que permiten o no el intercambio de materia o de energía entre el sistema y sus alrededores.

SISTEMASTERMODINÁMICO AISLADO

Un sistema termodinámico aislado es aquel que posee fronteras que impiden el intercambio de energía y materia, es decir se encuentra en equilibrio termodinámico. Un ejemplo de esta clase podría ser un gas encerrado en un recipiente de paredes rígidas lo suficientemente gruesas (paredes [adiabáticas]) como para considerar que los intercambios de energía calorífica sean despreciables y que tampoco puede intercambiar energía en forma de trabajo.

No existe un sistema completamente aislado, las paredes de un sistema termodinámico cerrado son impermeables, adiabáticas y rígidas.

LÍMITES DEL SISTEMA TERMODINÁMICO AISLADO.

Los límites en un sistema pueden ser materiales o no entre el sistema y sus alrededores. En el sistema termodinámico cerrado no pueden ocurrir intercambio de trabajo, calor o materia, es un sistema que puede estar separado de su medio ambiente por varios tipos de paredes.

Una pared aislante es aquella que no permite interacción alguna entre el sistema y sus alrededores siendo esta rígida, impermeable y adiabática para que no halla interacción con el medio ambiente.

ALREDEDORES DEL SISTEMA TERMODINÁMICO CERRADO

Los alrededores del sistema termodinámico es la porción del universo que no se estudiara pero que puede interaccionar con el sistema.

PROCESO ADIABATICO

Es un sistema que no intercambia calor con su entorno, el término adiabático hace referencia a elementos que impiden la transferencia de calor con el entorno

Q=∆U+W

PROCESO PLANTEADO

Un gas contenido en un recipiente que no permite el intercambio de calor con los alrededores se somete a una comprensión, disminuyendo su volumen de 0.0008 a 0.003 m3. Si se mantuvo durante el proceso una presión constante de 3 atmosfera calcular:

El trabajo mecánico que se realizó sobre el sistema

La variación de la energía interna

Solución.

DATOS

Presión= 3 atmosferas

Volumen inicial =0.008 m3

Volumen final = 0.003 m3

CALCULO DE CALOR

Q=0 El proceso adiabático es aquel en el que el sistema no intercambia calor con el entorno, no se pierde ni se gana energergia calórica según la primera ley de la termodinámica.

Primero realizamos la conversión de las 3 atmosferas

(101325 N/m2 )/(1 atm) x3atm=3039,75N/m2

Luego hallamos el trabajo mecánico que se ha realizo sobre el sistema.

TRABAJO MECANICO

Tr=Pr⁡(vf-vi)

Tr=〖3039,75N/m2〗⁡(0.003 m3-0.008 m3)

Tr=〖3,039x10 N/m〗⁡(-0.005m)=-15.19875 J

Esto indica que los alrededores del sistema realizan trabajo sobre el

VARIACIÓN DE ENERGIA

∆Ei=Tr= -(-15,19875)=15,19875

Todo el trabajo que se realiza incremento en la misma cantidad de energía.

JULIET NATALIA MEDINA AMEZQUITA

SISTEMA TERMODINÁMICO.

Pistón forjado a presión.

DEFINICIÓN O DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA TERMODINÁMICO.

El pistón es un cilindro abierto por su base inferior, cerrado en la superior y sujeto a la biela en su parte intermedia. El movimiento del pistón es hacia arriba y abajo en el interior del cilindro, comprime la mezcla, transmite la presión de combustión al cigüeñal a través de la biela, fuerza la salida de los gases resultantes de la combustión en la carrera de escape y produce un vacío en el cilindro que “aspira” la mezcla en la carrera de aspiración

LÍMITES DEL SISTEMA TERMODINÁMICO (PAREDES).

El gas constituye nuestro sistema, las superficies internas del pistón y del cilindro forman la frontera límite del mismo.

ALREDEDORES DEL SISTEMA TERMODINÁMICO.

Todo lo que rodea al gas es el ambiente o entorno del sistema.

DENTIFICACIÓN DEL SISTEMA TERMODINÁMICO.

El sistema termodinámico elegido es cerrado porque; en el la materia no puede salir o entrar en el sistema, pero la energía (en forma de calsteor o trabajo) puede cruzar la frontera del sistema y salir o entrar en él. Estos sistemas pueden intercambiar materia y energía con el ambiente exterior.

Un ejemplo de sistema cerrado lo constituye un gas encerrado por un pistón en un cilindro que es calentado por una fuente externa de calor. Debido a que la masa del gas no puede cruzar este límite, el sistema es cerrado. La energía no obstante puede cruzar el límite y además parte del límite (en este caso la superficie interna del pintón) puede moverse.

PROCESO PLANTEADO

Un sistema formado por un cilindro provisto de un pistón móvil, cuyo interior se encuentra 10 kg de gas ideal a 300Kpa, a una presión constante. Determinar: altura final del pistón, trabajo realizado por el pistón y trabajo realizado alrededor del mismo.

CÁLCULOS DE CALOR Y TRABAJO

El sistema termodinámico esta sometido a un proceso isobárico, ya que trabaja con una presión constante.

Datos suministrados

P_1=300KPa

〖masa〗_sist=10kg

∅=0,10m

V_f=1m^3

h_i=0,5m

〖presion〗_const

Altura final del pistón

∆h=h_f-h_i

∆V=V_f-V_i

V_i=(A_b )x (h_i )

A_b=(π/4 x D^2 )=π/4 x (0,1m)^2=0,0078m^2

V_i=(A_b )x (h_i )=(0,0078m^2 )x(0,5m)=0,0039m^3

V_f=(A_b )x (h_f ) para h_f=V_f/A_b =(1m^3)/(0,0078m^2 )=128,2m

∆V=V_f-V_i=(1m^3 )-(0,0039m^3 )=0,996m^3

Trabajo realizado por el pistón

W_pistón→alrededor

W=Fd

W=∫_Vi^Vf▒Pdv →W=P∫_Vi^Vf▒dv

P(V_f-V_i )=300KPa x (1m^3-0,0039m^3 )

W=P(V_f-V_i )=300 x 〖10〗^3 Pa (1m^3-0,0039m^3 )=298,8KJ o 298830J

W ̂=W_sist/masa=298,8KJ/10kg=29,88 KJ/kg

Trabajo alrededor del pistón

W_alrededor→pistón

W_alrd=P_alrd 〖∆V〗_alrd

W=∫_Vf^Vi▒PdV

W_alrd=P(-∆V)=(300KPa)x[-(1m^3-0,0039m^3 )]=-298,8KJ

Cuando:

W_sistema=〖-W〗_alrededores

〖-W〗_sistema=W_alrededores

CONCLUSIONES

Después de desarrollar el trabajo colaborativo de pudo llegar a la conclusión que la termodinámica se utiliza día a día en nuestras vidas por eso es muy importante, la importancia de estos procesos termodinámicos en nuestro entorno y como estos afectan el medio en que vivimos

Se pudo analizar las dos leyes de la termodinámica que ocupamos día a día en nuestras vidas manejo de la primera ley que nos habla de la ley de la conservación de la energía, y la segunda ley de la entropía nos suena extraño pero a lo largo de lectura y comprensión vimos que es un sistema cerrado y que no esté en equilibrio, que tiende a aumentar con el tiempo, hasta alcanzar el equilibrio.

BIBLIOGRAFÍA

García-Colín, L. (1990). Introducción a la termodinámica clásica. México: Trillas

Manrique, J. & Cárdenas, R. (1981). Termodinámica. México: Harla

Perrot, P. (1998). A to Z of thermodynamics. Great Britain: Oxford University Press

http://es.wikipedia.org/wiki/Pascal_(unidad)

MÚNERA TANGARIFE RUBÉN DARÍO Modulo Unad termodinámica

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