Es un blog de complemento de material de lectura y referencia de trabajos prácticos. Materia: Termodinámica (6 año)Técnica 2 de Berazategui
PRIMER PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA- LA CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA
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El primer
principio es una ley de conservación de la energía y, a su vez, una definición
precisa del calor. Afirma que, como la energía no puede crearse ni destruirse
(dejando a un lado las posteriores ramificaciones de la equivalencia entre masa
y energía) la cantidad de energía transferida a un sistema en forma de calor
más la cantidad de energía transferida en forma de trabajo sobre el sistema
debe ser igual al aumento de la energía interna (U) del sistema. El calor y el
trabajo son mecanismos por los que los sistemas intercambian energía entre sí.
Q + L = U (1)ó más precisamente: ΔQ + ΔL = ΔU (2)
Cuando un
sistema se pone en contacto con otro de menor nivel energético que él, tiene
lugar un proceso de igualación de los niveles energéticos de ambos. El primer
principio de la termodinámica identifica el calor, como una forma de energía.
Puede convertirse en trabajo mecánico y almacenarse. Experimentalmente se
demostró que el calor, que originalmente se medía en unidades llamadas
calorías, y el trabajo o energía, medidos en joules, eran completamente
equivalentes.
En
cualquier máquina, hace falta cierta cantidad de energía para producir trabajo;
es imposible que una máquina realice trabajo sin necesidad de energía. Una
máquina hipotética de estas características se denomina móvil perpetuo de
primera especie. La ley de conservación de la energía descarta que se pueda
inventar una máquina así. A veces, el primer principio se enuncia como la
imposibilidad de la existencia de un móvil perpetuo de primera especie.
El calor,
igual que el trabajo, corresponde a energía en tránsito (proceso de intercambio
de energía), el calor es una transferencia de energía y puede causar los mismos
cambios en un cuerpo que el trabajo. La energía mecánica puede convertirse en
calor a través del rozamiento, y el trabajo mecánico necesario para producir 1
caloría se conoce como equivalente mecánico del calor. Según la ley de
conservación de la energía, todo el trabajo mecánico realizado para producir
calor por rozamiento aparece en forma de energía en los objetos sobre los que
se realiza el trabajo. James Prescott Joule fue el primero en demostrarlo de
forma fehaciente en un experimento clásico: calentó agua en un recipiente
cerrado haciendo girar unas ruedas de paletas y halló que el aumento de nivel
energético del agua era proporcional al trabajo realizado para mover las
ruedas.
Cuando el
calor se convierte en energía mecánica, como en un motor de combustión interna,
la ley de conservación de la energía también es válida. Sin embargo, siempre se
pierde o disipa energía en forma de calor porque ningún motor tiene una
eficiencia perfecta.
MAYER Y EL PRINCIPIO DE CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA
(...) El concepto de energía no se afianzó como tal hasta 1851; desde ese año la física pasó de ser la ciencia de las fuerzas a convertirse en la ciencia de la energía.
El problema es que se trata de un concepto tan abstracto que aún hoy sigue siendo mal comprendido. Dejemos hablar a un físico admirable, Richard Feynman: “Hay una ley que gobierna todos los fenómenos naturales conocidos hasta la fecha. Se llama la conservación de la energía. Establece que hay cierta cantidad que llamamos energía que no varía en los múltiples cambios que ocurren en la naturaleza. Es un principio matemático y significa que hay una cantidad numérica que no cambia cuando algo ocurre”.
Feynman propone la siguiente analogía: Imaginemos un niño que tiene unos bloques que son absolutamente indestructibles y cada uno es igual al otro. Supongamos que tiene 28 bloques. Su madre lo coloca junto a los 28 bloques cada la mañana. Al finalizar el día, por curiosidad, ella cuenta los bloques cuidadosamente y descubre una ley fenomenal: haga lo que haga su hijo con los bloques, ¡siempre quedan 28! Ahora bien, la diferencia entre este ejemplo y el principio de conservación de la energía es que en el segundo caso… ¡no hay bloques!
El concepto de energía sólo nos señala la existencia de una propiedad intangible de la materia, algo que nos permite predecir el curso de los acontecimientos naturales. Una piedra colgando a veinte metros de altura tiene ‘algo’ que otra colocada sobre el suelo no lo tiene, y ese ‘algo’ se pone de manifiesto cuando se suelta y cae. (...)
Mayer y Joule fueron sólo dos de al menos una docena de personas que, entre 1832 y 1854, propusieron de alguna forma la idea de que la energía se conserva. Algunos expresaron la idea vagamente; otros con toda claridad. Algunos llegaron al convencimiento principalmente a través de la filosofía; otros a partir de consideraciones prácticas en el uso de motores y máquinas o a partir de experimentos de laboratorio; otros más por una combinación de factores. Muchos, entre ellos Mayer y Joule, trabajando independientemente de todos los demás. Una cosa era evidente, la idea de la conservación de la energía estaba, de alguna manera, «en el aire».
Es una de las leyes más importantes de la conservación; según dicha ley, la energía al pasar de una forma a otra no desaparece ni se crea. Cuando un sistema material pasa de un estado a otro, el cambio de su energía corresponde rigurosamente al incremento o a la disminución de energía de los cuerpos que entran en interacción con el sistema. Los procesos en que la energía se convierte de una forma en otra se hallan regulados por equivalencias numéricas rigurosamente determinadas. La ley de la conservación de la energía fue descubierta a mediados del siglo XIX gracias a los trabajos de Mayer, Joule, Helmholtz y otros.
Precedieron a este descubrimiento las ideas sobre la conservación de la materia y de la energía enunciadas por Descartes, Leibniz y Lomonósov. La ley de la conservación de la energía posee un hondo sentido filosófico. Constituye una confirmación, proporcionada por la ciencia natural, de la idea materialista acerca de la indestructibilidad del movimiento. Engels consideraba el descubrimiento de tal ley como uno de los tres grandes descubrimientos que constituyen el fundamento científico-natural de la concepción materialista dialéctica de la naturaleza. En esa ley se revela la unidad del mundo material.
Según palabras de Engels, con el descubrimiento de la ley de la conservación de la energía “la unidad de todo el movimiento en la naturaleza ahora ya no es una afirmación filosófica, sino un hecho científico-natural” (t. XX, pág. 512). La física actual aporta una confirmación cada vez más sólida y amplia de la ley de la conservación de la energía y pone de manifiesto la inconsistencia de toda tentativa para impugnarla.
¿Qué es el equilibrio termodinámico? La noción de equilibrio térmico (ley cero) y equilibrios mecánicos, el equilibrio termodinámico TOTAL, involucra no solo a estos sino tambièn al equilibrio quìmico y de fases (EQUILIBRIO MATERIAL) .Por lo tanto, es importante distinguir claramente cuando hablamos de EQUILIIBRIO TÈRMICO o de EQUILIBRIO TERMODINÂMICO. El equilibrio termodinámico describe un sistema cuyas propiedades no va a cambiar sin algún tipo de injerencia externa. En otras palabras, un sistema en equilibrio termodinámico no cambiará a menos que algo se suma o resta de ella. Un ejemplo de esto es una bebida tibia. La bebida puede haber comenzado fría, pero el calor del aire (que la rodea en el recipiente) se mueve en la bebida fría para hacerla “más cálida” hasta que sea, de la mis
1 Hipótesis fundamentales. La suposición fundamental de la teoría del calórico es la idea de que el calor es un efecto producido por un fluido capaz de penetrar todo el espacio y de fluir hacia y desde todas las sustancias (1). Tal fluido incoercible (2) se denomina calórico. A mediados del Siglo XVIII, se creía que los fenómenos térmicos se debían a la existencia de una sustancia llamada calórico , nombre acuñado por primera vez por Lavoisier en 1787. A la luz de los conocimientos de hoy en día, sabemos que no existe y que el calor no es más ni menos que transferencia de energía desde un cuerpo caliente a un cuerpo frío. Características principales del calórico El calórico es una sustancia contenida en los cuerpos, invisible . El calórico fluye desde un cuerpo más caliente a uno más frío. Este flujo continúa hasta que se igualen las temperaturas. Un cuerpo frío pesa lo mismo que un cuerpo caliente. Esto significa que el calórico no tiene peso. Se dice, entonce
En 1842 , Lord Kelvin inventó el principio del aire acondicionado. Con el objetivo de conseguir un ambiente agradable y sano, el científico creó un circuito frigorífico hermético basado en la absorción del calor a través de un gas refrigerante. Para ello, se basó en 3 principios: El calor se transmite de la temperatura más alta a la más baja, como cuando enfriamos un café introduciendo una cuchara de metal a la taza y ésta absorbe el calor. El cambio de estado del líquido a gas absorbe calor. Por ejemplo, si humedecemos la mano en alcohol, sentimos frío en el momento en que éste se evapora, puesto que absorbe el calor de nuestra mano. La presión y la temperatura están directamente relacionadas. En un recipiente cerrado, como una olla, necesitamos proporcionar menor cantidad de calor para llegar a la misma temperatura que en uno abierto. Algunas definiciones básicas. Un aparato de aire acondicionado sirve, tal y como indica su nomb
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