Fenómenos térmicos y contaminación

Los fenómenos térmicos están muy relacionados con el hombre y con sus actividades, estos fenómenos son todos aquellos en los que está involucrada  la absorción y el desprendimiento de calor.

En ellos existen cuerpos que ceden energía en forma de calor, y otros que son capaces de absorberla.

La cantidad de calor (Q) se define como la energía cedida o absorbida por un cuerpo de masa (m), cuando su temperatura varía en un número determinado de grados y la fórmula que permite determinar la cantidad de calor (Q) cedida o absorbida por un cuerpo de masa (m) y calor específico (C), cuando su temperatura inicial (ti) varía hasta la temperatura final (tf,), se puede calcular mediante la fórmula: Q = C m (tf - ti ).

Un cuerpo de masa (m) puede variar su temperatura inicial mediante un fenómeno térmico si absorbe o cede cierta cantidad de calor (Q). Al considerar que la energía no puede ser creada ni destruida de acuerdo con la ley de conservación de la energía, entonces la energía absorbida (o cedida) por un cuerpo debe, en principio, ser cedida (o absorbida) por otro cuerpo. En estos procesos de emisión y absorción de energía desempeña un papel muy importante el proceso de combustión, ya que en un número considerable de fenómenos térmicos se logra el desprendimiento de energía de los cuerpos, mediante su combustión.

Durante la combustión de los cuerpos, el desprendimiento de calor se realiza de forma diferente de acuerdo con las características físicas y químicas del cuerpo en cuestión. Una magnitud que permite caracterizar cuantitativamente el desprendimiento de calor de los cuerpos durante la combustión, es el denominado calor específico de combustión, que se representa con la letra l. 

Se define el calor específico de combustión (l) como la cantidad de calor (Q) que cede la unidad de masa del cuerpo al quemarse totalmente. El calor específico de combustión (l) se expresa en unidades de energía (J) por unidades de masa (kg) y depende del tipo de combustible. Iguales masas de combustibles diferentes, desprenden diferentes cantidades de calor (Q) al quemarse totalmente. De otro modo, masas diferentes del mismo combustible desprenden, también, diferentes cantidades de calor (Q). La cantidad de calor (Q) desprendida por cierta masa (m) de combustible, al quemarse totalmente, puede ser calculada mediante la fórmula: Q = l m.

El calor específico de combustión generalmente se relaciona con los materiales considerados como combustibles tradicionales (petróleo, carbón, alcohol, leña, etc.), pero también puede ser asociado con los combustibles alternativos; por lo que es importante conocer las potencialidades combustibles de diferentes materiales que no se emplean con frecuencia en la combustión, mediante el conocimiento de sus calores específicos de combustión. 

De aquí que la opción de utilizar el carbón vegetal en sustitución de la leña no sea despreciable en términos de eficiencia. Por otra parte, la combustión del carbón vegetal resulta mucho menos contaminante que la combustión de la leña seca. Estos datos demuestran que en lugar de continuar el empleo de la leña en los fogones, sería recomendable incrementar la fabricación del carbón, que es más eficiente por su potencia calorífica y más ecológica como combustible.

Practica en SILADIN

Calor y temperatura.
La temperatura es la medida de energía cinética promedio de un cuerpo

Se realizó un experimento prendiendo una vela, y colocando la mano muy cerca a un lado de la vela.

Después se puso la mano arriba de la vela, sin embargo no se podía acercar tanto como cuando se puso a un lado de la vela.


Esto se debe a que las moléculas se expanden y suben; 'golpeando' nuestra mano y provocándonos sentir dicha sensación.


La temperatura se mide con la ayuda de un termómetro, el cual sólo mide su propia temperatura.

Radiación: Depende de la temperatura, más la cantidad de energía que se va a radiar.

En un experimento se obtuvo ayuda del motor de Herón, en el cual era un simple ejemplo del motor de vapor. Vapor = 100 °C

Que gracias al vapor que desprendía se podía mover.

Después de que nos explicaron todos los experimentos, se concluyo que la presión atmosférica es un factor muy importante, ya que también por esta se es más fácil respirar en la playa, que respirar en una montaña.

Entropía. Concepto relacionado con la irreversibilidad

En termodinámica, la entropía (simbolizada como S) es la magnitud física que mide la parte de la energía que no puede utilizarse para producir trabajo. Es una función de estado de carácter extensivo y su valor, en un sistema aislado, crece en el transcurso de un proceso que se dé de forma natural. La entropía describe lo irreversible de los sistemas termodinámicos.

En termodinámica, el concepto de irreversibilidad se aplica a aquellos procesos que, como la entropía, no son reversibles en el tiempo. Desde esta perspectiva termodinámica, todos los procesos naturales son irreversibles. El fenómeno de la irreversibilidad resulta del hecho de que si un sistema termodinámico de moléculas interactivas es trasladado de un estado termodinámico a otro, ello dará como resultado que la configuración o distribución de átomos y moléculas en el seno de dicho sistema variará.
Cierta cantidad de "energía de transformación" se activará cuando las moléculas del "cuerpo de trabajo" interaccionen entre sí al cambiar de un estado a otro. Durante esta transformación, habrá cierta pérdida o disipación de energía calorífica, atribuible al rozamiento intermolecular y a las colisiones.
Lo importante es que dicha energía no será recuperable si el proceso se invierte.

segunda ley de la termodinamica

La segunda ley de la termodinámica o segundo principio de la termodinámica expresa que:

La cantidad de entropía del Universo tiende a incrementarse con el tiempo.

Es una de las leyes más importantes de la física; aún pudiéndose formular de muchas maneras todas llevan a la explicación del concepto de irreversibilidad.

Definición axiomática
La definición formal del segundo principio de la Termodinámica establece que:

En un estado de equilibrio, los valores que toman los parámetros característicos de un sistema termodinámico cerrado son tales que maximizan el valor de una cierta magnitud función dichos parámetros, llamada entropía.

La entropía de un sistema es una magnitud física abstracta que la mecánica estadística identifica con el grado de desorden molecular interno de un sistema físico. La termodinámica clásica, en cambio, la define como la relación entre el calor transmitido y la temperatura a la que se transmite. La termodinámica axiomática, en cambio, define a la entropía como una cierta función –a priori, de forma desconocida–, que depende de los llamados "parámetros característicos" del sistema, y que sólo puede definirse para los estados de equilibrio del sistema.
Dichos parámetros característicos se establecen a partir de un postulado derivado del primer principio de la termodinámica, llamado a veces el principio de estado. Según éste, el estado de equilibrio de un sistema queda totalmente definido por medio de la energía interna del sistema, su volumen y su composición molar. Cualquier otro parámetro termodinámico, como podrían serlo la temperatura o la presión, se define como una función de dichos parámetros. Así, la entropía será también una función de dichos parámetros.
El segundo principio de la termodinámica establece que dicha entropía sólo puede definirse para estados de equilibrio termodinámico, y que de entre todos los estados de equilibrio posibles –que vendrán definido por los parámetros característicos–, sólo se puede dar el que, de entre todos ellos, maximiza la entropía.
Las consecuencias de este enunciado son sutiles: al considerar un sistema cerrado tendente al equilibrio, los estados de equilibrio posibles incluyen todos aquellos que sean compatibles con los límites o contornos del sistema. Entre ellos se encuentra, evidentemente, el estado de equilibrio de partida

Recapitulación

Durante la semana realizamos cono siemple aunque un experimento y definomoslos significados que seguian en la hoja donde esta el programa que estamos viendo.El dia que mas me gusto fue el viernes lo malo es que solo asistimos dos equipos pues los demas no se enteraron de que la clase era en el siladin en fin un profeson nos explico lo que era todo lo de emperatura y calor por medio de experimentos  e incluso hubo tiempo de ver otros temas muy interesantes como es la presion atmosferica, los gases y su cambio de estado, nos quedo mas claro cada temas

Esquema general de las maquinas

Este hecho constituye una regla general de toda máquina térmica y da lugar a la definición de un parámetro característico de cada máquina que se denomina rendimiento y se define como el cociente entre el trabajo efectuado y el calor empleado para conseguirlo.

Ninguna máquina térmica alcanza un rendimiento del cien por cien. Esta limitación no es de tipo técnico, de modo que no podrá ser eliminada cuando el desarrollo tecnológico alcance un nivel superior al actual; se trata, sin embargo, de una ley general de la naturaleza que imposibilita la transformación íntegra de calor en trabajo. Por tal motivo las transformaciones energéticas que terminan en calor suponen una degradación de la energía, toda vez que la total reconversión del calor en trabajo útil no está permitida por las leyes naturales.

El esquema de un motor a combustión interna es muy simple. En el primer tiempo la válvula de admisión se abre y el pistón baja para admitir la mezcla de aire con combustible, este tiempo se llama admisión, luego, en el segundo tiempo, el pistón sube y comprime la mezcla, este tiempo se llama compresión. En el tercer tiempo la bujía hace una chispa que permite que la mezcla explote y que el pistón baje, este tiempo se llama explosión.

Con la inercia de la explosión el pistón sube, la válvula de escape se abre y el gas resultante de la explosión sale, después se repite el primer tiempo, el segundo, etc. Así funciona un motor con bencina.

Motor de cuatro tiempos

Otro ejemplo importante de una máquina térmica, es el motor de cuatro tiempos, el cual es el que

utilizan los carros para su funcionamiento.



1er).- Tiempo: el tubo de admisión deja pasar combustible a la cama de explosión, mientras que el pistón baja.

2do).- Después el pistón sube comprimiendo el combustible. El cual mediante una chispa es quemando en una explosión violenta.

3ro).- El combustible es quemado en una explosión violenta con lo cual el pistón es empujado haciaabajo con una fuerza muy grande la cual produce trabajo mecánico.

4to).- Los residuos del resto de la combustión son expulsados

Maquinas termicas y eficiencia de maquinas ideales y reales

Las máquinas térmicas son máquinas de fluido compresible:

En los motores térmicos, la energía del fluido que atraviesa la máquina disminuye, obteniéndose energía mecánica.

En el caso de generadores térmicos, el proceso es el inverso, de modo que el fluido incrementa su energía al atravesar la máquina.

Tal distinción es puramente formal: Los motores térmicos, son máquinas que emplean la energía resultante de un proceso, generalmente de combustión, para incrementar la energía de un fluido que posteriormente se aprovecha para la obtención de energía mecánica. Los ciclos termodinámicos empleados, exigen la utilización de una máquina o grupo generador que puede ser hidráulico (en los ciclos de turbina de vapor) o térmico (en los ciclos de turbina de gas), de modo que sin éste el grupo motor no puede funcionar, de ahí que en la práctica se denomine Motor Térmico al conjunto de elementos atravesados por el fluido, y no exclusivamente al elemento en el que se obtiene la energía mecánica.

Teniendo en cuenta lo anterior, podemos clasificar las máquinas térmicas tal como se recoge en el cuadro siguiente .

Máquinas térmicas Motoras Volumétricas Alternativas (Máquina de vapor)

Rotativas (Motor rotativo de aire caliente)

Turbomáquinas Turbinas

Generadoras Volumétricas Alternativas (Compresor de émbolo)

Rotativas (Compresor rotativo)

Turbomáquinas Turbocompresores

Ciclo termodinámico

Artículo principal: Ciclo termodinámico

El ciclo termodinámico realizado en una máquina térmica consta de varios procesos, en los que se intercambia energía térmica o energía mecánica o ambos a la vez.

En el caso de una máquina térmica motora, los procesos en los que se intercambia energía térmica son: a) De absorción de calor de un foco externo a temperatura elevada denominado foco caliente. b) De cesión de calor a un foco externo a temperatura más baja denominado foco frío.

En una máquina térmica generadora, el intercambio de energía térmica se realiza en el sentido opuesto al descrito anteriormente.

Una máquina térmica en particular, la máquina de Carnot, de construcción teórica, establece los límites teóricos al rendimiento que cualquier máquina térmica real puede obtener al trabajar en función de las temperaturas del foco caliente y del foco frío entre los que trabajo