4600303
Description
Mind Map by Alejandro Angulo, updated more than 1 year ago
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Created by Alejandro Angulo
about 8 years ago
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Termodinamica
- Se identifica con el nombre de termodinámica a la rama de la física que hace foco en el estudio de
los vínculos existentes entre el calor y las demás variedades de energía. Analiza, por lo tanto, los
efectos que poseen a nivel macroscópico las modificaciones de temperatura, presión, densidad,
masa y volumen en cada sistema.
- Primera Ley de la Termodinamica
- La primera ley de la termodinámica nos dice únicamente que la energía se conserva, por lo cual, no
se crea ni se destruye. Entonces esta ley expresa que, cuando un sistema es sometido a un ciclo
termodinámico, el calor cedido por el sistema será igual al trabajo recibido por el mismo, y
viceversa.Con ella sólo podemos saber que no se ha perdido, sino que, aunque no nos da pista sobre
dónde podría estar una vez se utilizó y transformó en otro tipo de energía, está presente en algún
lugar del universo. Es decir Q = W, en que Q es el calor suministrado por el sistema al medio
ambiente y W el trabajo realizado por el medio ambiente al sistema durante el ciclo.
- La primera ley para un sistema
- En este caso, el sistema podría ser el agua contenida en un recipiente, y el medio ambiente todo lo
que rodea el recipiente, que serian desde la cocina en donde descansa el recipiente con agua hasta
el quemador que le suministra calor, en fin, la atmósfera y todo lo que esté fuera del recipiente.
Supongamos que encima de este recipiente colocamos una tapa, únicamente usando su peso.
Supongamos además que al recipiente se le suministra calor del quemador de la cocina que lo
contiene. A medida que el agua empieza a hervir, la tapa empieza a moverse cada vez más
rápidamente. El movimiento de la tapa es entonces el desplazamiento que representa el trabajo
realizado por el sistema sobre el medio ambiente.
- La energia Interna
- Cuando el agua está hirviendo, hace que la tapa del recipiente realice el trabajo. Pero esto lo hace a
costa del movimiento molecular, lo que significa que no todo el calor suministrado va a
transformarse en trabajo, sino que parte se convierte en incremento de la energía interna, la cual
obedece a la energía cinética de traslación, vibración y potencial molecular. Por lo que la fórmula
anterior que mencionamos también tendría que incluir a la energía interna.
- Formulación de la primera ley para un sistema
- La primera ley expresa que el calor, suministrado por el medio ambiente (el quemador de la cocina)
a un sistema (el agua contenida en el recipiente) es igual al cambio de la energía interna en el
interior del liquido (agua en este caso) sumada al trabajo que el agua realiza cuando al hervir mueve
la tapa contra el medio ambiente. Por lo tanto: el calor cedido por el medio al sistema será igual a la
variación de la energía interna en el interior del sistema (agua) más el trabajo realizado por el
sistema sobre el medio.
- La primera ley expresa que el calor, suministrado por el medio ambiente (el quemador de la cocina)
a un sistema (el agua contenida en el recipiente) es igual al cambio de la energía interna en el
interior del liquido (agua en este caso) sumada al trabajo que el agua realiza cuando al hervir mueve
la tapa contra el medio ambiente. Por lo tanto: el calor cedido por el medio al sistema será igual a la
variación de la energía interna en el interior del sistema (agua) más el trabajo realizado por el
sistema sobre el medio.
- Formulación de la primera ley para un sistema
- Cuando el agua está hirviendo, hace que la tapa del recipiente realice el trabajo. Pero esto lo hace a
costa del movimiento molecular, lo que significa que no todo el calor suministrado va a
transformarse en trabajo, sino que parte se convierte en incremento de la energía interna, la cual
obedece a la energía cinética de traslación, vibración y potencial molecular. Por lo que la fórmula
anterior que mencionamos también tendría que incluir a la energía interna.
- La energia Interna
- En este caso, el sistema podría ser el agua contenida en un recipiente, y el medio ambiente todo lo
que rodea el recipiente, que serian desde la cocina en donde descansa el recipiente con agua hasta
el quemador que le suministra calor, en fin, la atmósfera y todo lo que esté fuera del recipiente.
Supongamos que encima de este recipiente colocamos una tapa, únicamente usando su peso.
Supongamos además que al recipiente se le suministra calor del quemador de la cocina que lo
contiene. A medida que el agua empieza a hervir, la tapa empieza a moverse cada vez más
rápidamente. El movimiento de la tapa es entonces el desplazamiento que representa el trabajo
realizado por el sistema sobre el medio ambiente.
- La primera ley para un sistema
- La primera ley de la termodinámica nos dice únicamente que la energía se conserva, por lo cual, no
se crea ni se destruye. Entonces esta ley expresa que, cuando un sistema es sometido a un ciclo
termodinámico, el calor cedido por el sistema será igual al trabajo recibido por el mismo, y
viceversa.Con ella sólo podemos saber que no se ha perdido, sino que, aunque no nos da pista sobre
dónde podría estar una vez se utilizó y transformó en otro tipo de energía, está presente en algún
lugar del universo. Es decir Q = W, en que Q es el calor suministrado por el sistema al medio
ambiente y W el trabajo realizado por el medio ambiente al sistema durante el ciclo.
- Segunda ley de la termodinámica Enunciado de Kelvin-Planck: Máquina térmica
- No es posible construir una máquina que opere en un ciclo y cuya función sea únicamente la de
recibir calor de un depósito de alta temperatura, así como transformarlo todo en trabajo tal como lo
expresa la primera ley de la termodinámica. Al no tener un depósito de baja temperatura, no habría
perdidas de energía y todo el calor cedido a la maquina seria transformado en trabajo, este
levantaría un peso y sería utilizado nuevamente como energía calorífica para realizar la misma
cantidad de trabajo de manera indefinida. Semejante dispositivo tendría una eficiencia del 100%. Lo
que no se ha observado hasta ahora. La solución encontrada en el enunciado de Kelvin-Planck
menciona que cierta cantidad de calor de algún modo debe escapar hacia algún lugar, por lo cual
debe haber otro depósito de temperatura.
- Enunciado de Clausius: El refrigerador
- No es posible construir un dispositivo que funcione en un ciclo y que pueda suministrar calor de un
depósito de baja temperatura a otro de alta temperatura de forma natural, esto no contradice la
primera ley, solo que nunca sea observado. Tal situación permitiría calentar una taza de café en el
interior de un congelador o ver como el agua en un recipiente se congela en un día cálido. Por esta
razón, es necesario que participe cierta cantidad de trabajo. La maquina (refrigerador) recibirá cierta
cantidad de trabajo realizado por un compresor, para extraer calor del depósito de baja temperatura
hacia el de alta temperatura mediante una sustancia refrigerante que transporte el calor. Tanto el
enunciado de Kelvin-Planck como el de Clausius descansan en la evidencia experimental y
observacional, y no ha habido un solo principio que lo contradiga. La segunda ley no viola la primera,
más bien es una extensión de la misma
- No es posible construir un dispositivo que funcione en un ciclo y que pueda suministrar calor de un
depósito de baja temperatura a otro de alta temperatura de forma natural, esto no contradice la
primera ley, solo que nunca sea observado. Tal situación permitiría calentar una taza de café en el
interior de un congelador o ver como el agua en un recipiente se congela en un día cálido. Por esta
razón, es necesario que participe cierta cantidad de trabajo. La maquina (refrigerador) recibirá cierta
cantidad de trabajo realizado por un compresor, para extraer calor del depósito de baja temperatura
hacia el de alta temperatura mediante una sustancia refrigerante que transporte el calor. Tanto el
enunciado de Kelvin-Planck como el de Clausius descansan en la evidencia experimental y
observacional, y no ha habido un solo principio que lo contradiga. La segunda ley no viola la primera,
más bien es una extensión de la misma
- Enunciado de Clausius: El refrigerador
- No es posible construir una máquina que opere en un ciclo y cuya función sea únicamente la de
recibir calor de un depósito de alta temperatura, así como transformarlo todo en trabajo tal como lo
expresa la primera ley de la termodinámica. Al no tener un depósito de baja temperatura, no habría
perdidas de energía y todo el calor cedido a la maquina seria transformado en trabajo, este
levantaría un peso y sería utilizado nuevamente como energía calorífica para realizar la misma
cantidad de trabajo de manera indefinida. Semejante dispositivo tendría una eficiencia del 100%. Lo
que no se ha observado hasta ahora. La solución encontrada en el enunciado de Kelvin-Planck
menciona que cierta cantidad de calor de algún modo debe escapar hacia algún lugar, por lo cual
debe haber otro depósito de temperatura.
- Tercera Ley de la Termodinamica
- Esta ley establece que es imposible conseguir el cero absoluto de la temperatura (0 grados Kelvin),
cuyo valor es igual a - 273.15°C. Alcanzar el cero absoluto de la temperatura también seria una
violación a la segunda ley de la termodinámica, puesto que esta expresa que en toda máquina
térmica cíclica de calor, durante el proceso, siempre tienen lugar pérdidas de energía calorífica,
afectando asi su eficiencia, la cual nunca podrá llegar al 100% de su efectividad.
- La eficiencia y la máxima eficiencia
- Las predicciones de la segunda ley son igualmente aplicables a la fricción que toda máquina sufre,
interna o externamente, ya sea el motor de un automóvil, una locomotora y los rieles por el que se
desplaza, un avión, un cohete, el flujo de vapor en el interior de una tubería, etc. Estas pérdidas de
energía, también reducen la eficiencia. Los diseñadores de maquinaria compiten por crear sus
dispositivos o máquinas con la mayor eficiencia posible, pero como las pérdidas de energía por
fricción y calor son inevitables aparece la pregunta: ¿cuál será la máxima eficiencia que se puede
alcanzar?
- Ciclo reversible: un ciclo ideal
- ¿Existiría una máquina capaz de no perder energía por fricción y además alcanzar ese cero absoluto?
Hay una teoría que proporciona un límite teórico para la eficiencia que es ideal y menor al 100%,
llamado así por el ingeniero Nicolás Leonard Sadi Carnot, quien consideró que el ciclo más eficiente,
para una máquina térmica, sería un ciclo ideal reversible. En este ciclo una maquina térmica recibe
calor de un depósito de alta temperatura y lo expulsa hacia un depósito de baja temperatura. Como
se trata de depósitos térmicos, las temperaturas de alta y baja son constantes, sin importar la
cantidad de calor recibido y cedido por la máquina térmica y cuyos procesos se denominan
isotérmicos (igual temperatura). Como en el ciclo entre los dos depósitos en que funciona la máquina
todo proceso es reversible, el ciclo debe ser reversible, por lo que puede invertirse y la maquina de
calor se convierte en un refrigerador.
- Nuestro universo se comporta como una máquina térmica, en las regiones donde hay cantidades de
estrellas, emitiendo enormes cantidades de calor, tal como un deposito de alta temperatura, y como
un refrigerador, en los lugares que distan mucho, de las estrellas, pues son regiones de espacio
oscuro y frio, que se comportan como un deposito de baja temperatura. Y como en estas regiones de
alta y baja temperatura en el universo las diferencias de temperaturas son enormes, el proceso de
emisión y recepción de energía es irreversible, por lo que en el, todo proceso es irreversible
incluyendo el tiempo, que está muy ligado a las irreversibilidades.
- Nuestro universo se comporta como una máquina térmica, en las regiones donde hay cantidades de
estrellas, emitiendo enormes cantidades de calor, tal como un deposito de alta temperatura, y como
un refrigerador, en los lugares que distan mucho, de las estrellas, pues son regiones de espacio
oscuro y frio, que se comportan como un deposito de baja temperatura. Y como en estas regiones de
alta y baja temperatura en el universo las diferencias de temperaturas son enormes, el proceso de
emisión y recepción de energía es irreversible, por lo que en el, todo proceso es irreversible
incluyendo el tiempo, que está muy ligado a las irreversibilidades.
- ¿Existiría una máquina capaz de no perder energía por fricción y además alcanzar ese cero absoluto?
Hay una teoría que proporciona un límite teórico para la eficiencia que es ideal y menor al 100%,
llamado así por el ingeniero Nicolás Leonard Sadi Carnot, quien consideró que el ciclo más eficiente,
para una máquina térmica, sería un ciclo ideal reversible. En este ciclo una maquina térmica recibe
calor de un depósito de alta temperatura y lo expulsa hacia un depósito de baja temperatura. Como
se trata de depósitos térmicos, las temperaturas de alta y baja son constantes, sin importar la
cantidad de calor recibido y cedido por la máquina térmica y cuyos procesos se denominan
isotérmicos (igual temperatura). Como en el ciclo entre los dos depósitos en que funciona la máquina
todo proceso es reversible, el ciclo debe ser reversible, por lo que puede invertirse y la maquina de
calor se convierte en un refrigerador.
- Ciclo reversible: un ciclo ideal
- Las predicciones de la segunda ley son igualmente aplicables a la fricción que toda máquina sufre,
interna o externamente, ya sea el motor de un automóvil, una locomotora y los rieles por el que se
desplaza, un avión, un cohete, el flujo de vapor en el interior de una tubería, etc. Estas pérdidas de
energía, también reducen la eficiencia. Los diseñadores de maquinaria compiten por crear sus
dispositivos o máquinas con la mayor eficiencia posible, pero como las pérdidas de energía por
fricción y calor son inevitables aparece la pregunta: ¿cuál será la máxima eficiencia que se puede
alcanzar?
- La eficiencia y la máxima eficiencia
- Esta ley establece que es imposible conseguir el cero absoluto de la temperatura (0 grados Kelvin),
cuyo valor es igual a - 273.15°C. Alcanzar el cero absoluto de la temperatura también seria una
violación a la segunda ley de la termodinámica, puesto que esta expresa que en toda máquina
térmica cíclica de calor, durante el proceso, siempre tienen lugar pérdidas de energía calorífica,
afectando asi su eficiencia, la cual nunca podrá llegar al 100% de su efectividad.
- Primera Ley de la Termodinamica
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