TERMODINÁMICA ENERGÍA 2 Elaboró: Profesor Efrén Giraldo T. MSc. Revisó: Profesor Carlos A. Acevedo Ph.D

Transcripción

1 TERMODINÁMICA ENERGÍA 2 Elaboró: Profesor Efrén Giraldo T. MSc. Revisó: Profesor Carlos A. Acevedo Ph.D Presentación hecha exclusivamente con el fin de facilitar el estudio

2 Contenido 21/02/2016 ELABORÓ EFRÉN GIRALDO 2

3 Objetivos Reconocer las diferentes formas de E y su relación Identificar la energía almacenada y su relación con la energía en tránsito. 21/02/2016 ELABORÓ EFRÉN GIRALDO 3

4 LA ENERGÍA EN TRÁNSITO Se verá en más detalle esta otra forma general de energía. La energía se puede transmitir de un cuerpo a otro principalmente mediante tres maneras: por Calor Q, por Trabajo W y por flujo másico Eṁ (sihay flujo de materia). 21/02/2016 ELABORÓ EFRÉN GIRALDO 4

5 1 21/02/2016 ELABORÓ EFRÉN GIRALDO 5

6 21/02/2016 ELABORÓ EFRÉN GIRALDO 6

7 Q W Eṁ Trabajo Energía de flujo Figura 2. Las tres formas principales de transmisión de E: Calor Q, Trabajo W y la energía debida al flujo de masa o flujo másico Eṁ. / 7

8 Figura 3. Esquema general de la energía en tránsito. 21/02/2016 ELABORÓ EFRÉN GIRALDO 8

9 El calor Una energía en tránsito 21/02/2016 ELABORÓ EFRÉN GIRALDO 9

10 Calor Alta T Baja T Figura 4. El Calor Q es una forma de energía en tránsito El calor es una de las varias formas en la que los cuerpos pueden transmitir su energía a otros cuerpos. No es E almacenada LINC INTERESANTE 21/02/2016 ELABORÓ EFRÉN GIRALDO 10

11 Figura 5. El calor siempre se transmite espontáneamente de una fuente de alta energía a una de baja energía. 21/02/2016 ELABORÓ EFRÉN GIRALDO 11

12 21/02/2016 ELABORÓ EFRÉN GIRALDO 12

13 Al llegar el calor a un cuerpo procedente de otro cuerpo, no se almacena como calor (es energía en tránsito). Lo que hace es aumentar la vibración o movimiento desordenado de los átomos o moléculas del cuerpo al cual llega. Aumenta su energía interna o térmica. También puede producir cambios de estado o de fase. 21/02/2016 ELABORÓ EFRÉN GIRALDO 13

14 Energía térmica El movimiento de los átomos y moléculas al azar, crea una forma de energía llamada energía térmica que está presente en toda la materia. Incluso en los agujeros más fríos del espacio, la materia todavía tiene energía térmica medible. LINC: WHAT IS HEAT? 21/02/2016 ELABORÓ EFRÉN GIRALDO 14

15 Los cuerpos no tienen calor sino energía térmica que se manifiesta en los movimientos vibratorios o translacionales desordenados de los átomos o moléculas de los cuerpos. Para evitar malos entendidos es mejor referirse a energía térmica en los cuerpos. VIDEO: EL CALOR LINC: CALOR 21/02/2016 ELABORÓ EFRÉN GIRALDO 15

16 El calor siempre va de una fuente de alta T a una de baja T Figura 6. El calor siempre se trasmite espontáneamente de una fuente de alta T a una de baja T. Lo contrario se puede dar pero sólo si se fuerza. Sólo si aplicamos energía. Como el calor es una energía en tránsito no puede almacenarse. 21/02/2016 ELABORÓ EFRÉN GIRALDO 16

17 Figura 6 a. No se tiene calor. Se recibe calor. 21/02/2016 ELABORÓ EFRÉN GIRALDO 17

18 Si se producen variaciones de manera desordenada a nivel de los átomos o moléculas de un cuerpo, hay transferencia de energía en forma de calor. Si las variaciones son de posición a nivel macro respecto a un sistema de referencia externo, hay transferencia de energía en forma de trabajo. 21/02/2016 ELABORÓ EFRÉN GIRALDO 18

19 Todas las transformaciones de la energía terminan en energía térmica o calor. Al igual que todo en la naturaleza, la energía va perdiendo calidad, se va degradando hasta acabar en calor. Y pierde valor si se quiere volverse a usarse. Pasa a calor de baja T. 19

20 Calor y Temperatura LOS ELECTRONES Y EL CERO ABSOLUTO LINC CALOR Y TEMPERATURA 21/02/2016 ELABORÓ EFRÉN GIRALDO 20

21 Figura 7. La temperatura es una medida de la energía térmica media. 21/02/2016 ELABORÓ EFRÉN GIRALDO 21

22 Figura 8. Muchas partes del cuerpo humano están a diferente temperatura. Así lo indica la termografía. La transferencia de calor es fundamental en toda la naturaleza y en los seres vivos. Nuestro organismo está en permanente transmisión de energía desde un órgano a otro. También entra y sale energía. 21/02/2016 ELABORÓ EFRÉN GIRALDO 22

23 Recuerda mi amorcito que el calor siempre es una energía en tránsito. Lo cuerpos no tienen calor Figura 9. El calor es una energía en movimiento. El calor es una energía de baja calidad. 21/02/2016 ELABORÓ EFRÉN GIRALDO 23

24 . Qué es la luz? Es una radiación electromagnética que incluye el espectro electromagnético. Se comporta tanto como partícula y como onda. La luz puede transmitirse, absorberse, reflejarse Es por tanto otra forma de energía en tránsito. Se transmite mediante fotones. LINC: LA LUZ 21/02/2016 ELABORÓ EFRÉN GIRALDO 24

25 El fuego Figura 10. El triángulo del fuego: combustible, oxígeno, luz y calor. A todas estas, alguien se preguntará y que es el fuego? Es la combinación de luz y calor producida por una combustión donde se requiere un combustible y oxígeno y una reacción de oxidación reducción. 21/02/2016 ELABORÓ EFRÉN GIRALDO 25

26 El Trabajo Otra energía en tránsito 21/02/2016 ELABORÓ EFRÉN GIRALDO 26

27 l trabajo W otra forma de energía en tránsito F Posición b Posición a Figura 11. Para que haya un Trabajo se requiere necesariamente que una Fuerza produzca un desplazamiento. El Trabajo W es un tipo de E que se transmite a través de fuerzas que producen desplazamientos

28 El trabajo se transfiere a través de las fronteras del sistema. El trabajo depende de la trayectoria seguida entre los estados inicial y final del sistema. Por tanto no es propiedad termodinámica o función de estado. 21/02/2016 ELABORÓ EFRÉN GIRALDO 28

29 En una compresión Entra energía al sistema. 21/02/2016 ELABORÓ EFRÉN GIRALDO 29

30 Figura 12. Trabajo de expansión en cual ocurre un aumento de volumen. Si es al contrario es una compresión. 21/02/2016 ELABORÓ EFRÉN GIRALDO 30

31 Figura 13. Trabajo de compresión. Ocurre una disminución de volumen. 21/02/2016 ELABORÓ EFRÉN GIRALDO 31

32 La E en tránsito Q Calor W Trabajo F e transmite por un diferencial de T 52 Trabajo W se transmite F d desplazamiento Flujo másico Figura 14. Las tres formas de E en tránsito: el Calor, Trabajo y Eṁ

33 P (Pa) Figura 15. Ejercicio sobre trabajo de expansión V 21/02/2016 ELABORÓ EFRÉN GIRALDO 33

34 Cómo se relaciona el Trabajo (una forma de energía en tránsito), con la energía cinética y potencial que son maneras de energía almacenada? 21/02/2016 ELABORÓ EFRÉN GIRALDO 34

35 (2) 21/02/2016 ELABORÓ EFRÉN GIRALDO 35

36 Figura 16. Relación entre trabajo y energía potencial. W= m. g. h (3) 21/02/2016 ELABORÓ EFRÉN GIRALDO

37 La energía mecánica se puede convertir en térmica Figura 17. La energía mecánica se puede convertir en térmica. 21/02/2016 ELABORÓ EFRÉN GIRALDO 37

38 Maneras de expresar la Energía de un sistema: E o e (5) 21/02/2016 ELABORÓ EFRÉN GIRALDO 38

39 Bibliografía Feynman, R.P.,R.B. Leygton and M. Sands.(1977). The Feynman Lectures on Phisics VI, Cap. 4. Addison Wesley Pub. Co. 6th Ed Gonzales, A. (2006). El concepto energía en la enseñanza de las ciencias. Revista de la Unión Iberoamericana de Sociedades de Física,1, No. 2, agosto García, L. (1997). De la máquina de vapor al cero absoluto. Fondo de cultura económica. México. Consulta on line el 24 Julio de 2014: ncia2/05/htm/sec_2.html 21/02/2016 ELABORÓ EFRÉN GIRALDO 39

40 Crowell, B., The Modern Revolution in Physics, Book 6 in the Light and Matter series of free introductory physics textbooks, available at < >, LINC INTERESANTE LINC INTERESANTE Islas de calor: LA/Lesson_Files_09/Mike_Hartinger/MH_urban_heat_island_a ctivity.htm LINC: LAS CIUDADES ISLAS DE CALOR ssons/thermal/heat.html 21/02/2016 ELABORÓ EFRÉN GIRALDO 40

41 21/02/2016 ELABORÓ EFRÉN GIRALDO 41