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Termodinámica Pablo Andrés Meléndez Meléndez Física Instituto IACC 14 de Diciembre de 2015

Desarrollo INSTRUCCIONES: Responda con claridad las siguientes preguntas. 1. ¿Qué relevancia tiene para la termodinámica y su desarrollo el que Robert Brown reportara que granos de polen suspendidos en un líquido se movían erráticamente de un lugar a otro, como si estuvieran bajo agitación constante? Respuesta: La relevancia que tiene para la termodinámica y para su desarrollo, lo reportado por Robert Brown: “granos de polen suspendidos en un líquido se movían erráticamente de un lugar a otro, como si estuvieran bajo agitación constante”, es de gran relevancia ya que gracias a este reporte y el posterior desarrollo por parte de otros científicos, se pudo establecer la existencia del átomo como la estructura básica y principal de la materia. El reporte que Robert Brown realizó, dio paso a la teoría del movimiento de las partículas o movimiento molecular que forman la materia, conocida como la teoría cinética, y además se concretó la existencia del átomo como la parte más diminutiva de la materia.

2. Explique con sus palabras las tres leyes de la termodinámica estudiadas en esta semana. Respuesta: Primera ley de la termodinámica: trata del principio de conservación de la energía para la termodinámica, establece que si se realiza trabajo sobre un sistema o bien éste intercambia calor con otro, la energía interna del sistema cambiará, esta ley permite definir el calor como la energía necesaria que debe intercambiar el sistema para compensar las diferencias entre trabajo y energía interna. Segunda ley de la termodinámica: Esta regula la dirección en la que deben llevarse a cabo los

procesos termodinámicos y, por lo tanto, la imposibilidad de que ocurran en el sentido contrario. También establece que no siempre se puede convertir totalmente toda la energía en otra sin tener pérdidas, también apoya su contenido aceptando la existencia de una magnitud física llamada entropía tal que, para un sistema aislado, la variación de la entropía siempre debe ser mayor que cero y por ultimo esta ley indica que el flujo de calor es unidireccional de los objetos de mayor temperatura a los de menor. Tercera ley de la termodinámica: La Tercera de las leyes de la termodinámica que propuso Walter Nernst, indica que no es posible alcanzar una temperatura igual al cero absoluto mediante un número determinado de procesos físicos, también se puede indicar, que a medida que un sistema dado se aproxima al cero absoluto, su entropía tiende a un valor constante específico.

3. Explique por qué una máquina no puede tener un rendimiento de 100%. Respuesta: En las máquinas la transformación de la energía consumida no se realiza de forma íntegra en trabajo útil, esto se debe a la existencia de fuerzas de roces, ya sea entre las partes constituyentes de la máquina o con el ambiente que la rodea, ya que se trata de pérdidas de energía, se verificará siempre que el trabajo útil será menor que la energía suministrada, y esta energía disipada lo hará en forma de calor no aprovechable, entonces como se ha señalado la energía suministrada siempre será mayor que el trabajo útil obtenido, el rendimiento siempre será menor del 100% y su valor estará comprendido entre 0% cuando toda la energía sea disipada y no se obtenga ningún trabajo, y 100% si la conversión es total y toda la energía se transforma en trabajo, pero encontrar una máquina que realice trabajo con un rendimiento del 100% no es posible, pues siempre se producen pérdidas por disipación de calor.

4. Explique el funcionamiento de un motor de combustión interna desde el punto de vista termodinámico. Respuesta: Cualquier tipo de máquina que obtiene energía mecánica directamente de la energía química producida por un combustible que arde dentro de una cámara de combustión, es la principal característica de los motores de combustión interna, y la termodinámica que utiliza para su funcionamiento, es que dentro de esta cámara se encuentra un sistema que permite que esta combustión realice un trabajo, el cual va a ser repetitivo creando ciclos. Por ejemplo en un motor de gasolina el combustible ingresado en forma líquida a una recamara, donde se aloja un pistón que al aplicarle una fuente de calor genera, una explosión que mueve ese pistón hacia arriba, generando un movimiento rotativo y repetitivo.

5. Explique la siguiente frase: “No existe ningún procedimiento que en la experiencia de Joule permita enfriar el calorímetro y levantar las pesas de modo que todo vuelva al estado inicial”. Respuesta: De acuerdo a la segunda ley de la termodinámica la cual indica que esta regula la dirección en la que deben llevarse a cabo los procesos termodinámicos y, por lo tanto, la imposibilidad de que ocurran en el sentido contrario. Podemos explicar la frase antes mencionada, como cuando un objeto cae y se rompe en donde hay un proceso termodinámico el cual dividió en fragmentos ese cuerpo, no existe ninguna posibilidad de que ese cuerpo de forma mágica pueda volver a su estado original, o como en el ejemplo dado en donde el calorímetro o las pesas puedan cambiar producto de un proceso termodinámico independiente.

Bibliografía 

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