Taller de ciencias naturales 8° I.E.A.B.M

Este taller es para la semana 8 al 14 mayo

Nota:

El taller se debe resolver en el cuaderno, no se trata de copiar toda la información, se copia las preguntas y la información se utiliza para resolver

Información importante

LA TERMODINÁMICA Y SUS LEYES

El estudio del calor y su transformación en energía mecánica se llama termodinámica !derivada de vocablo griego que significan “movimiento del calor” La ciencia de la termodinámica se desarrolló a principios del siglo XIX antes de que se comprendieran las teorías atómica y molecular de la materia. Como los investigadores pioneros de la termodinámica sólo tenían nociones vagas de los átomos y no sabían nada acerca de electrones y otras partículas microscópicas, los modelos que emplearon recurrían a nociones macroscópicas como trabajo mecánico, presión y temperatura, así como sus funciones en las transformaciones de energía. La base de la termodinámica es la conservación de la energía, y el hecho de que el calor fluye en forma espontánea de lo caliente algo frío, y no a la inversa La termodinámica ofrece la teoría básica de las máquinas térmicas, desde las turbinas de vapor hasta los reactores nucleares, así como la teoría básica de los refrigeradores y las bombas de calor.

Primera Ley de la termodinámica: Hace unos años se creía que el calor era un fluido invisible llamado calórico, que fluía como el agua, de los objetos calientes hacia los objetos fríos. Parecía que el calórico se conservaba, es decir, que fluía de un lugar a otro sin crearse ni destruirse. Esta idea fue precursora de la ley de la conservación de la energía. A mediados del siglo XIX se vio que el flujo de calor no era más que el flujo de energía mismo. Gradualmente se desechó la teoría del calórico. En la actualidad se considera que el calor es energía que se transfiere de un lugar a otro, por lo general debido a choques moleculares. El calor es energía en tránsito. Cuando la ley de la conservación de la energía se amplia para incluir el calor, se llama primera ley de la termodinámica. Se suele enunciar de la siguiente manera: Cuando el calor fluye hacia o desde un sistema, el sistema gana o pierde una cantidad de energía igual a la cantidad de calor transferido. Por sistema se entiende un grupo bien definido de átomos, moléculas, partículas u objetos. El sistema puede ser el vapor de una máquina de vapor, o toda la atmósfera terrestre. Incluso puede ser el cuerpo de una criatura viva. Lo importante es que debemos definir qué hay dentro del sistema y qué hay fuera de él. Si agregamos calor al vapor en una máquina de vapor, a la atmósfera terrestre o al organismo de una criatura viva estamos agregando energía a ese sistema. El sistema puede “usar” este calor para aumentar su propia energía interna* o para efectuar trabajo sobre sus alrededores. Entonces, la adición de calor logra una de dos cuestiones: 1. aumentar la energía interna del sistema, si se queda en el sistema, o 2. Efectuar trabajo sobre cosas externas al sistema, si sale del sistema. En forma más específica, la primera ley establece: Calor agregado a un sistema = aumento de energía interna + trabajo externo efectuado por el sistema La primera ley es un principio general que no se ocupa de la estructura del sistema mismo. Sean cuales fueren los detalles del comportamiento molecular del sistema, la energía térmica que se agregue sólo tiene dos funciones; aumentar la energía interna del sistema, o permitir que el sistema efectúe trabajo externo, o ambas funciones al mismo tiempo.

Meteorología y la primera ley Los meteorólogos utilizan la termodinámica para estudiar el clima. Expresan la primera ley de la termodinámica en la siguiente forma: La temperatura del aire aumenta al agregarle calor o al aumentar su presión. La temperatura del aire puede cambiar agregándole o quitándole, cambiando la presión del aire, lo cual implica efectuar trabajo" o ambas cosas. El calor llega debido a la radiación solar. a la radiación terrestre de gran longitud de onda, a la condensación de la humedad o al contacto con el suelo caliente. El resultado es un aumento de la temperatura del aire. La atmósfera puede perder calor por radiación al espacio, por evaporación de la lluvia que cae por el aire seco, o por estar en contacto con superficies frías. El resultado es una disminución de la temperatura del aire. Hay algunos procesos atmosféricos en los cuales la cantidad de calor agregado o sustraído es muy pequeña, tan pequeña como para que el proceso sea casi adiabático. A ellos se les aplica la forma adiabática de la primera ley: La temperatura del aire sube (o baja) conforme se incrementa (o disminuye) la presión. Los procesos adiabáticos en la atmósfera son característicos de partes del aire, llamadas parcelas o masas, cuyas dimensiones van de decenas de metros hasta kilómetros. Tales masas son lo suficiente grandes como para que el aire externo a ellas no se mezcle notoriamente con el de su interior, durante los minutos u horas de su existencia. Se comportan como si estuvieran encerradas en unas bolsas de mercancía gigantescas y con peso mínimo. A medida que una masa sube por el lado de una montaña baja su presión, con lo cual se expande y se enfría. La menor presión causa menor temperatura. Las mediciones muestran que la temperatura de una masa de aire seco disminuye 10° C al bajar la presión lo correspondiente a un aumento de 1 kilómetro de altura. Es decir, el aire se enfría 10°C por cada kilómetro que sube. El aire que pasa sobre las altas montañas, o que sube en las tormentas o los ciclones, puede cambiar de elevación en varios kilómetros. Así, si una masa de aire seco al nivel del suelo con una temperatura confortable de 25° C subiera 6 kilómetros, su temperatura serían fríos 35°C. Por otro lado, si el aire a una temperatura de 20° C, común a una altura de 6 kilómetros, descendiera al nivel del suelo, su temperatura sería de hasta 40°C. Un ejemplo notorio de este calentamiento adiabático es el Chinook, que es un viento que sopla de las montañas Rocallosas y cruza las grandes Planicies, en Estados unidos. El aire frío que baja por las pendientes de las montañas se comprime en un volumen pequeño y se calienta en forma apreciable. El efecto de la expansión o la compresión de los gases es muy sorprendente. Una masa de aire que sube se enfría al expandirse. Sin embargo, el aire de sus alrededores está más frío, también a altitudes mayores. La masa continuará subiendo mientras esté más caliente (y en consecuencia menos densa) que el aire que la rodea. Si se enfría más (se hace más densa) que sus alrededores, descenderá. En ciertas condiciones, grandes masas de aire frio bajan y permanecen a baja altitud, y el resultado es que el aire que está arriba de ellas está más caliente. Cuando las regiones superiores de la atmósfera están más calientes que las inferiores, se tiene una inversión de temperatura. Si algo de aire caliente que sube es más denso que esa capa superior de aire caliente, ya no seguirá ascendiendo. Es frecuente ver cómo se manifiesta esa esa inversión sobre un lago frío, donde los gases y las partículas visibles, como el humo, suben con los gases y se dispersan en una capa plana sobre el lago, en vez de subir y disiparse más alto en la atmósfera.

Segunda Ley de la termodinámica:

Imagina que pones un ladrillo caliente junto a uno frío, dentro de una región con aislamiento térmico. Sabes que el ladrillo caliente se enfriará a medida que ceda calor al ladrillo frío, que se calentará. Llegarán a una temperatura común, es decir, al equilibrio térmico. De acuerdo con la primera ley de la termodinámica, no se habrá perdido energía. Pero trata de que el ladrillo caliente absorba calor del ladrillo frío y se caliente todavía más. ¿Violaría esto la primera ley de la termodinámica? No si el ladrillo frío se enfría lo correspondiente para que la energía combinada de ambos ladrillos permanezca igual. Si así sucediera no se violaría la primera ley; aunque sí se violaría la segunda ley de la termodinámica, la cual identifica la dirección de la transformación de la energía en los procesos naturales. Se puede enunciar de varias maneras, pero la más sencilla es la siguiente:

El calor nunca fluye por sí mismo de un objeto frio a uno caliente.

En invierno, el calor pasa del interior de un hogar con calefacción al aire frío del exterior. En verano, el calor pasa del aire caliente del exterior al interior, que está más fresco. La dirección del flujo espontáneo de calor es de lo caliente a lo frío. Se puede hacer que tenga la dirección contraria, pero sólo si se efectúa trabajo sobre el sistema o si se agrega energía de otra fuente, que es lo que sucede en las bombas térmicas y en los acondicionadores de aire, que hacen que el calor vaya de los lugares más fríos hacia los más calientes.

PROCESOS ISOTÉRMICOS: Es un proceso en el cual la temperatura permanece constante, la temperatura se mantiene constante, Chaqueta, Portacomidas, Termo.

PROCESOS ISOCÓRICOS: Es un proceso termodinámico en el cual el volumen permanece constante Ponerle Azúcar A Una Taza de Café, Cocinar En Una, Olla A Presión.

PROCESOS ISOBÁRICOS :Un proceso isobárico es un proceso termodinámico que ocurre a presión constante, Elevar La Temperatura, De Un Gas, Hervir Agua, En Un Campo Abierto.

PROCESOS ADIABÁTICOS: Es aquél en el cual el sistema no intercambia calor con su entorno. Abrir Una Botella De Champagne Formación De Cumulonimbos.

Sistema

Un sistema en termodinámica corresponde al cuerpo, es una región restringida, no necesariamente de volumen constante, ni fija en el espacio, en donde se puede estudiar la transferencia y transmisión de energía y masa. Se estudia la interacción entre el sistema y su entorno. Todo el sistema queda limitado por un entorno, paredes, frontera o límites del sistema, que pueden ser reales o imaginarios. Si en el sistema no entra ni sale materia, se dice que se trata de un sistema cerrado, o sistema aislado si no hay intercambio de materia y energía, dependiendo del caso. En la naturaleza, encontrar un sistema estrictamente aislado es, prácticamente imposible, pero podemos hacer aproximaciones. Un sistema del que sale y/o entra materia, recibe el nombre de sistema abierto. Ejemplos de los diferentes tipos de sistema:

Un sistema abierto: es por ejemplo, un auto. Necesita ingresar combustible y él desprende diferentes gases y calor.

Un sistema cerrado: un reloj de cuerda, no introducimos ni sacamos materia de él. Solo precisa un aporte de energía que emplea para medir el tiempo.

Un sistema aislado:¿Cómo encontrarlo si no podemos interactuar con él?. Sin embargo un termo lleno de comida caliente es una aproximación, ya que el envase no permite el intercambio de materia e intenta impedir que la energía (calor)salga de él.

Taller de termodinámica

Grado 8

1. ¿Qué es la termodinámica?

2. De tres ejemplos de máquinas térmicas donde se apliquen las leyes de la termodinámica.

3. Explique en qué consisten los procesos isotérmicos, isocóricos, isobáricos y adiabáticos y de ejemplos cotidianos donde se evidencien cada uno de ellos.

4. ¿Qué dice la primera ley de la termodinámica?

5. ¿Que sostiene la segunda ley de la termodinámica?

6. ¿Qué es un punto crítico?

7. ¿Qué es un sistema en termodinámica, dar ejemplos simples?

Nota: Para cualquier duda de los talleres pueden escribir al correo Javierbr2020@gmail.com por el cual los atenderé. Todos los talleres y trabajos se entregarán cuando se acabe la cuarentena. Por favor quédate en tu casa.