Sistemas Termmodinámicos En El Entorno

Actividad 2. Sistemas termodinámicos en el entorno.

Esta actividad es colaborativa, por lo que tu Facilitador(a) deberá dividir al grupo en equipos de 2 a 3 estudiantes, posteriormente te asignará el número del equipo en que te toca participar y los compañeros con los que colaborarás. Una vez hecho esto, organízate con tu equipo y realicen lo siguiente:

1. Investiguen las características de los sistemas termodinámicos e incluyan en un documento de texto:

o Ejemplos de cada uno de los sistemas termodinámicos.

o La descripción de cómo delimitaron los sistemas termodinámicos del punto anterior.

o Por último, expliquen cuáles son y cómo cambian las variables en cada uno de los sistemas.

2. Apliquen sus conocimientos efectuando lo siguiente:

o Analicen qué ocurre cuando una masa de aire frío entra en contacto con la tierra que se encuentra a una temperatura mayor.

o Expliquen el fenómeno considerando el sistema formado por la masa de aire caliente y la atmósfera terrestre.

3. Guarden y suban su documento a la base de datos con la siguiente nomenclatura TER_U1_A2E1_XX. Sustituyan las XX por el número de su equipo.

*Nombren a una persona para que sea el (la) encargado (a) de subir el reporte de la actividad a la base de datos.

4. Revisen y comenten, de manera individual, los aportes de los otros equipos; esperen los comentarios de sus compañeros y con base en ellos realicen mejoras en su trabajo, entonces, suban la última versión nuevamente a la base de datos con la siguiente nomenclatura TER_U1_A2E2_XX. Sustituyan las XX por el número de su equipo.

*Consideren que aunque la actividad fue colaborativa, cada uno debe subir a la base de datos la segunda versión que hicieron en equipo para que pueda ser evaluado.

Actividad 2. Sistemas termodinámicos en el entorno.

Un sistema termodinámico (también denominado sustancia de trabajo) se define como la parte del universo objeto de estudio. Un sistema termodinámico puede ser una célula, una persona, el vapor de una máquina de vapor, la mezcla de gasolina y aire en un motor térmico, la atmósfera terrestre, etc.

El sistema termodinámico puede estar separado del resto del universo (denominado alrededores del sistema) por paredes reales o imaginarias. En este último caso, el sistema objeto de estudio sería, por ejemplo, una parte de un sistema más grande. Las paredes que separan un sistema de sus alrededores pueden ser aislantes (llamadas paredes adiabáticas) o permitir el flujo de calor (diatérmicas).

Los sistemas termodinámicos pueden ser aislados, cerrados o abiertos.

• Sistema aislado: es aquél que no intercambia ni materia ni energía con los alrededores.

• Sistema cerrado: es aquél que intercambia energía (calor y trabajo) pero no materia con los alrededores (su masa permanece constante).

• Sistema abierto: es aquél que intercambia energía y materia con los alrededores.

Cuando un sistema está aislado y se le deja evolucionar un tiempo suficiente, se observa que las variables termodinámicas que describen su estado no varían. La temperatura en todos los puntos del sistema es la misma, así como la presión. En esta situación se dice que el sistema está en equilibrio termodinámico.

Equilibrio termodinámico

En Termodinámica se dice que un sistema se encuentra en equilibrio termodinámico cuando las variables intensivas que describen su estado no varían a lo largo del tiempo.

Cuando un sistema no está aislado, el equilibrio termodinámico se define en relación con los alrededores del sistema. Para que un sistema esté en equilibrio, los valores de las variables que describen su estado deben tomar el mismo valor para el sistema y para sus alrededores. Cuando un sistema cerrado está en equilibrio, debe estar simultáneamente en equilibrio térmico y mecánico.

• Equilibrio térmico: la temperatura del sistema es la misma que la de los alrededores.

• Equilibrio mecánico: la presión del sistema es la misma que la de los alrededores.

Las variables termodinámicas o variables de estado son las magnitudes que se emplean para describir el estado de un sistema termodinámico. Dependiendo de la naturaleza del sistema termodinámico objeto de estudio, pueden elegirse distintos conjuntos de variables termodinámicas para describirlo. En el caso de un gas, estas variables son:

• Masa (m ó n): es la cantidad de sustancia que tiene el sistema. En el Sistema Internacional se expresa respectivamente en kilogramos (kg) o en número de moles (mol).

• Volumen (V): es el espacio tridimensional que ocupa el sistema. En el Sistema Internacional se expresa en metros cúbicos (m3). Si bien el litro (l) no es una unidad del Sistema Internacional, es ampliamente utilizada. Su conversión a metros cúbicos es: 1 l = 10-3 m3.

• Presión (p): Es la fuerza por unidad de área aplicada sobre un cuerpo en la dirección perpendicular a su superficie. En el Sistema Internacional se expresa en pascales (Pa). La atmósfera es una unidad de presión comúnmente utilizada. Su conversión a pascales es: 1 atm ≅ 105 Pa.

• Temperatura (T ó t): A nivel microscópico la temperatura de un sistema está relacionada con la energía cinética que tienen las moléculas que lo constituyen. Macroscópicamente, la temperatura es una magnitud que determina el sentido en que se produce el flujo de calor cuando dos cuerpos se ponen en contacto. En el Sistema Internacional se mide en kelvin (K), aunque la escala Celsius se emplea con frecuencia. La conversión entre las dos escalas es: T (K) = t (ºC) + 273.

• Cuando un sistema se encuentra en equilibrio, las variables termodinámicas están relacionadas mediante una ecuación denominada ecuación de estado.

• Variables extensivas e intensivas

• En termodinámica, una variable extensiva es una magnitud cuyo valor es proporcional al tamaño del sistema que describe. Esta magnitud puede ser expresada como suma de las magnitudes de un conjunto de subsistemas que formen el sistema original. Por ejemplo la masa y el volumen son variables extensivas.

• Una variable intensiva es aquella cuyo valor no depende del tamaño ni la cantidad de materia del sistema. Es decir, tiene el mismo valor para un sistema que para cada una de sus partes consideradas como subsistemas del mismo. La temperatura y la presión son variables intensivas.

• Función de estado

• Una función de estado es una propiedad de un sistema termodinámico que depende sólo del estado del sistema, y no de la forma en que el sistema llegó a dicho estado. Por ejemplo, la energía interna y la entropía son funciones de estado.

• El calor y el trabajo

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