Termodinamica

1) ¿Explique si la termodinámica solo se encarga de las transformaciones de las masas en un sistema?

Como ciencia fenomenológica, la termodinámica no se ocupa de ofrecer una interpretación física de sus magnitudes. La primera de ellas, la energía interna, se acepta como una manifestación macroscópica de las leyes de conservación de la energía a nivel microscópico, que permite caracterizar el estado energético del sistema macroscópico.

El espacio de partida para la mayor parte de las consideraciones termodinámicas son los que postulan que la energía puede ser intercambiada entre sistemas en forma de calor o trabajo, y que sólo puede hacerse de una determinada manera.

También se introduce una magnitud llamada entropía, que se define como aquella función extensiva de la energía interna, el volumen y la composición molar que toma valores máximos en equilibrio: el principio de maximización de la entropía define el sentido en el que el sistema evoluciona de un estado de equilibrio a otro.

Es la mecánica estadística, íntimamente relacionada con la termodinámica, la que ofrece una interpretación física de ambas magnitudes: la energía interna se identifica con la suma de las energías individuales de los átomos y moléculas del sistema, y la entropía mide el grado de orden y el estado dinámico de los sistemas, y tiene una conexión muy fuerte con la teoría de información.

En la termodinámica se estudian y clasifican las interacciones entre diversos sistemas, lo que lleva a definir conceptos como sistema termodinámico y su contorno. Un sistema termodinámico se caracteriza por sus propiedades, relacionadas entre sí mediante las ecuaciones de estado.

Éstas se pueden combinar para expresar la energía interna y los potenciales termodinámicos, útiles para determinar las condiciones de equilibrio entre sistemas y los procesos espontáneos.

Con estas herramientas, la termodinámica describe cómo los sistemas responden a los cambios en su entorno. Esto se puede aplicar a una amplia variedad de ramas de la ciencia y de la ingeniería, tales como motores, cambios de fase, reacciones químicas, fenómenos de transporte, e incluso agujeros negros.

“Según lo antes descrito podemos decir que la termodinámica aparte de transformar las masas, también rige las interacciones de los sistemas y sus contornos para mantener un equilibrio entre el sistema y los procesos espontáneos”.

2) ¿nombre y explique cuatro ejemplos cotidianos (no dados en clases) donde se cumplan la primera y segunda ley de la termodinámica?

Ejemplos de la Primera Ley de Termodinámica

1º) La energía nunca se destruye, solo se transfiere, se cambia, se adhiere o se transforma pero nunca se perderá. Adicionalmente implica que la energía solo se podrá traspasar de una fuente de mayor energía a una fuente de menor energía. Para eso a través de un experimento demostraremos esta ley.

Un ejemplo de esta Ley, a través de un experimento se hará con un Molino de papel.

En este experimento se presenta un sistema cerrado compuesto por vaso precipitado, un corcho con un orificio, un mechero, un soporte con su rejilla y un molino de papel, el cual se aplicara la primera ley.

Nuestra Hipótesis será ¨ la ebullición del agua hará que se mueva el molino ¨

Al proporcionar calor al sistema abierto mediante un mechero, este hará que la energía de este sistema se eleve haciendo que sea capaz de producir un trabajo, ósea liberar vapor a presión, para esto tenemos el mechero, colocamos el soporte con la rejilla sobre el mechero y el vaso precipitado en su parte superior, colocamos el corcho con orificio sobre el vaso y dejamos que el agua caliente, una vez que el agua hierve, podemos ver que a través del orificio que está en el corcho sale vapor, el cual impulsa el molino a girar.

Con esto podemos dar por comprobado nuestra hipótesis, ya que el movimiento cinético interno de las partículas busca un conducto por donde salir y sale por el orificio del corcho, esto hace que la energía salga focalizada, ósea en dirección al molino haciendo que este gire y damos por comprobada la primera ley de la termodinámica.

2º) Para este segundo experimento se utilizó una vela, un soporte para vela, dos globos nº 5 y un encendedor.

Luego encendemos la vela y la pegamos en el soporte con la cera, luego de que tenemos la vela encendida, inflamos un globo con aire y otro con agua.

En proceso de termodinámica el calor integrado al sistema es igual al trabajo que realizan las variaciones de energía interna, esto nos sugiere la primera ley de la termodinámica.

Al poner el primer globo inflado con aire a la mecha de la vela a 40 grados, este se explota casi instantáneamente.

Al colocar el segundo globo con agua a la mecha de la vela pudimos notar que no se explota, ya que el globo posee un presión constante, al acercar el globo con agua a la llama de la vela sube la temperatura del globo y también la del agua, este al llegar a los 100 grados centígrados absorbe mucha energía, esto produce que el globo no se explote sino que se ponga negro la parte en la que está expuesto a la llama. Así se cumple la primera ley de la termodinámica.

Ejemplos de la segunda Ley de la Termodinámica

1º) La segunda Ley de la termodinámica postula que los trabajas que se puedan realizar en ella, pueden ser reversibles e irreversibles.

Un trabajo Reversible son todos los sistemas que pueden volver a su forma natural, por ejemplo un proceso de agua.

Un trabajo irreversible son aquellos sistemas que presentan una deformación y no pueden volver a su forma original por ejemplo tenemos la gema de combustible a través de un sistema de pistones, podemos encontrar un sistema de pistones en los vehículos motorizados.

Un ejemplo de esta ley, basado en un experimento.

Nuestra Hipótesis será ¨ la pelotita influirá en la temperatura del agua y lo podrá hacer millones de veces ¨.

El experimento consiste en que se calienta una pelotita, la cual eleva su temperatura a través de un mechero. Esta pelotita es transferida a un recipiente de 100 mililitros de agua a temperatura ambiente, haciendo que esta se caliente y vaya subiendo su variación paulatinamente, hasta elevar su temperatura a un grado lo suficientemente caliente, ejerciendo así esta

...