Sistemas Termodinamicos En El Entorno

Como definición de sistema se puede decir que es un conjunto de elementos con relaciones de interacción e interdependencia que le confieren entidad propia al formar un todo unificado.

Un sistema termodinámico es cualquier región del espacio sobre la que centramos nuestro interés. Para delimitar esta región la limitamos con una pared (que puede ser real o imaginaria) que la recubre totalmente. La parte del espacio que no forma parte del sistema se denomina entorno o medio. El sistema y el entorno forman el universo.

Un sistema puede ser cualquier objeto, cualquier cantidad de materia, cualquier región del espacio, etc., seleccionado para estudiarlo y aislarlo (mentalmente) de todo lo demás. Así todo lo que lo rodea es entonces el entorno o el medio donde se encuentra el sistema. Los sistemas termodinámicos se pueden clasificar como: aislados, cerrados y abiertos.

 El sistema aislado es el sistema que no puede intercambiar materia ni energía con su entorno y este es un modelo imaginario cuya frontera o límite del sistema impide cualquier tipo de intercambio.

 El sistema cerrado es el sistema que sólo puede intercambiar energía con su entorno, pero no materia, es decir, aquel cuya frontera admite únicamente el intercambio de energía.

 El sistema abierto es el que puede intercambiar materia y energía con su entorno.

Cualquier actividad en la naturaleza implica una interacción entre energía y materia.

La termodinámica aparece en muchos sistemas de ingeniería y en otros aspectos de la vida misma; el corazón bombea sangre constantemente hacia todas las partes del cuerpo humano, diferentes conversiones de energía se presentan en billones de células del cuerpo, y el calor generado en el cuerpo se descarga hacia el ambiente. La comodidad humana se establece en función de la velocidad de descarga del calor metabólico.

Otras aplicaciones de la termodinámica; una casa común es, una sala de exhibición llena de maravillas termodinámicas. Muchos utensilios y aparatos domésticos ordinarios se diseñan, por completo o en parte, con aplicación de los principios de la termodinámica. Entre otros ejemplos se encuentran la estufa eléctrica o de gas, los sistemas de calefacción y de aire acondicionado, el refrigerador, el humidificador, la olla de presión, el calentador de agua, la plancha, el televisor e incluso la computadora.

Veamos un ejemplo sencillo:

“Ponemos agua a hervir en un recipiente con tapa. Calentamos el sistema (agua) con un calentador a gas (entorno) de manera que transcurrido un tiempo y debido al incremento en la agitación de las moléculas del agua, se transforman a la fase vapor y ejercen una fuerza sobre la tapa del recipiente logrando levantarla”.

Analizando el ejemplo, podemos delimitar el sistema e interpretar que su transformación obedece a la interacción con su entorno, desde el cual recibe energía en forma de calor. La transformación se evidencia no sólo en el cambio de fase de líquido a vapor) sino también en el trabajo de expansión que el sistema realiza sobre su entorno el cual se manifiesta cuando la tapa del recipiente se separa de él. Podemos concluir que en esta transformación del sistema en interacción con su entorno, ha ocurrido una transferencia de energía desde el entorno (en forma de calor) que ha sido utilizada por el sistema para realizar un trabajo de expansión contra dicho entorno.

En el proceso termodinámico que hemos analizado podemos hacer consideraciones acerca de las magnitudes físicas que sufren cambios o que permanecen constantes: Así es como, siendo el volumen del agua de un valor, determinado al inicio de la transformación, cuando ésta ocurre, sufre un cambio de volumen (Δ V); también estamos presuponiendo que la transformación ocurre a la presión atmosférica (Patm), la que podemos considerar constante. Y si el sistema estaba a una temperatura inicial (Ti) durante la transformación alcanza un valor mayor que a su vez coincide con la temperatura de ebullición del agua. A esta última temperatura podemos asignarla como final (Tf). Es decir, que podemos plantear una variación de temperatura en este proceso (Δ T = T f - Ti).

Hemos considerado tres magnitudes físicas: volumen, presión y temperatura que nos marcan un estado termodinámico inicial y final.

Cuando ciertas magnitudes cambian el estado de un sistema en interacción con su entorno y que involucren intercambio de calor y de trabajo, podemos decir que ha ocurrido un proceso termodinámico.

Será importante entonces, definir el estado termodinámico del sistema y su entorno a fin de describir correctamente el proceso termodinámico y los cambios que sufrirán las magnitudes termodinámicas.

FRENTES NUBOSOS

Frente Cálido: se forma cuando una masa de aire caliente alcanza a otra de aire más frío. El aire caliente asciende sobre el de menor temperatura, lo que provoca la condensación y la posterior formación de las nubes.

La pendiente de estos frentes es pequeña, avanzan a una velocidad media de 30 kilómetros/hora y suelen tener una altura de nubosidad de unos siete kilómetros. Las nubes y las precipitaciones se desarrollan a lo largo de la superficie de contacto entre las dos masas de aire. Y entre la aparición de las primeras nubes y el comienzo de la precipitación pueden pasar de 24 a 48 horas.

El tiempo propio del frente cálido

 comienza con la aparición de nubes altas, los cirrus, que pueden situarse unos 1000 Km o más por delante del frente en superficie. Se inicia la bajada de la presión debido al aire cálido ascendente y a la retirada del aire frío.

 A los cirrus les suceden los cirrostratus, que al irse espesando darán lugar a altostratus; que según la inestabilidad del frente pueden ir aportando alguna llovizna. La presión continúa descendiendo y el viento va aumentando su velocidad.

 Finalmente aparecen los nimbostratus, situados sobre el mismo frente y donde se inicia la precipitación más importante. La velocidad del viento alcanza su máxima intensidad y la presión aún sigue en descenso. También pueden formarse cumulonimbus.

 Cuando el frente pasa, cesa la caída de presión, el viento cambia de dirección, sopla con menos fuerza y las nubes se disipan. El tiempo se estabiliza y adquiere las características de las masas de aire cálido, temperaturas moderadamente altas, mala visibilidad y escasa nubosidad.

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