Termodinamica

Termodinámica

Carlos Gatica Rojas

Física

Instituto IACC

04 de Agosto 2014

¿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?

Para la termodinámica y especialmente para el desarrollo de la misma, lo conseguido 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 de Robert Brown dio paso a la teoría del movimiento de las partículas que forman la materia, conocida como la teoría cinética. En resumen el reporte de Brown dio paso a la teoría del movimiento molecular, y además se concretó la existencia del átomo como la parte más diminutiva de la materia.

Explique con sus palabras las tres leyes de la termodinámica estudiadas en esta semana.

Primera ley de la termodinámica

También conocida como principio de conservación de la energía para la termodinámica, establece que 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 del sistema.

"La energía ni se crea ni se destruye: solo se transforma".

Segunda ley de la termodinámica

Esta ley marca la dirección en la que deben llevarse a cabo los procesos termodinámicos y, por lo tanto, la imposibilidad de que ocurran el sentido contrario.

Según los enunciados:

Enunciado de Clausius

No es posible ningún proceso cuyo único resultado sea la extracción de calor de un recipiente a una cierta temperatura y la absorción de una cantidad igual de calor por un recipiente a temperatura más elevada».

Enunciado de Kelvin—Planck

Es imposible construir una máquina térmica que, operando en un ciclo, no produzca otro efecto que la absorción de energía desde un depósito, con la realización de una cantidad igual de trabajo.

Tercera ley de la termodinámica

El postulado de Nernst, llamado así por ser propuesto por Walther Nernst, afirma que es imposible alcanzar una temperatura igual al cero absoluto mediante un número finito de procesos físicos. Puede formularse también como que a medida que un sistema dado se aproxima al cero absoluto, su entropía tiende a un valor constante específico. La entropía de los sólidos cristalinos puros puede considerarse cero bajo temperaturas iguales al cero absoluto.

3. Explique por qué una máquina no puede tener un rendimiento de 100%.

En las máquinas reales la transformación de la energía consumida no se realiza de forma íntegra en trabajo útil. Esto se debe, sobre todo, a la existencia de fuerzas de rozamiento, ya sea entre las partes constituyentes de la máquina o con el ambiente que la rodea.

Dado que se trata de pérdidas energéticas, 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.

Se denomina rendimiento (η) de una máquina al cociente entre el trabajo útil que proporciona y la energía que se le ha suministrado. Este rendimiento suele expresarse en tanto por ciento:

Análogamente es posible expresarlo como la relación entre la potencia útil y la potencia teórica de la máquina:

Dado que 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). En la vida real 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.

Un motor de gasolina constituye una máquina termodinámica

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