Termodinámica II Práctica 1: Máquinas de movimiento perpetuo

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Instituto Politécnico Nacional

Unidad Profesional Interdisciplinaria de Ingeniería       Campus Guanajuato

                          Ingeniería en Sistemas Automotrices

                                            Termodinámica II

                                                        4sm1

                Práctica 1: Máquinas de movimiento perpetuo

                                                 Integrantes:

• Aranda Morales Rodrigo Hilarión
• Durán Ponce Joel Alejandro
• Escamilla Lira Ana Karen
• García Muñoz Marcelo
• Plascencia Márquez América Yasmín
• Salazar Hernández Pedro

                    Profesor: Marcelino Carrera Rodríguez

                      Fecha de entrega: 8 de febrero de 2019

1. Objetivos:

• Realizar una máquina de movimiento perpetuo de forma casera.
• Identificar su funcionamiento (en caso de funcionar).
• En caso de no funcionar, identificar el por qué y sus distintas razones.

1. Marco teórico:

¿Qué es una máquina de movimiento perpetuo?

También conocida como móvil perpetuo es una máquina hipotética que supuestamente sería capaz de continuar funcionando eternamente después de un impulso inicial sin necesidad de energía externa.[pic 5]

Estas se dividen en dos clases:

Las de primera especie, las cuales violan la primera ley de la termodinámica, la cual habla de que la energía no se crea ni se destruye, solo cambia de forma o se transfiere de un objeto a otro. Es decir, estas máquinas no conservan la energía, ya que hipotéticamente funcionan continuamente sin consumo de alguna forma de energía.

Las de segunda especie, que son máquinas que violan la segunda ley de la termodinámica, es decir, desarrollan Trabajo en forma cíclica (indefinida) intercambiando calor con una sola fuente térmica, así como hacen referencia los enunciados de Kelvin, “Es imposible construir una máquina térmica que, operando en un ciclo, no produzca otro efecto que la absorción de energía desde un depósito y la realización de una cantidad igual de trabajo” y de Clausius “Es imposible construir una máquina cíclica cuyo único efecto sea la transferencia continua de energía de un objeto a otro de mayor temperatura sin la entrada de energía por trabajo”.[pic 6]

El hecho de impulsar un móvil, sin energía externa, es imposible, debido a que la energía se disipa en muchos medios, principalmente en calor, que produciría la máquina al estar en movimiento. [1]

1. Metodología:

1. Desarrollo:

Demostración del por qué las máquinas de movimiento perpetuo no funcionan

Comenzaremos describiendo lo que es un movimiento perpetuo para así ir analizando las leyes de la termodinámica realizando los respectivos balances energéticos para así darle una solución a este controversial tema.

Se entiende como una máquina de movimiento perpetuo como aquella que sin necesidad de un apoyo exterior (energía) puede mantenerse en movimiento continuo.

• Primera ley de la termodinámica: Principio de la conservación de la energía. La energía no se crea ni se destruye sólo se transforma.

±∆Q ±∆W=∆U  (4.1)

Esta ecuación nos hace referencia a que la transferencia de calor más la transferencia de trabajo nos dará como resultado un aumento en la energía interna del sistema.

1. “Movimiento perpetuo original (sin trabajo inicial)”

Entonces aplicando el balance (1.1) a nuestro sistema tenemos que como no se puede iniciar con un trabajo inicial para dar funcionamiento a la máquina, ya que tiene que funcionar de una manera autónoma, y al no generar un trabajo no se estará generando un movimiento haciéndose ∆W=0. Y a su vez esa energía mecánica generada por el trabajo que se debería convertir en calor debido al rozamiento no existe se estaría anulando, entonces ∆Q=0. Por lo que en nuestro balance conseguimos:[pic 7]

0+0=∆  (4.2)

Este sería el estado inicial de la máquina en t=0 donde al dejar correr el tiempo este debería comenzar a moverse por si misma para comprobar el movimiento perpetuo. Así que asignando cualquier valor a la energía interna debería generarse un trabajo y un calor por fricción para poder satisfacer la ecuación regresando al balance original, esto claramente anula la primera ley de la termodinámica, ya que a partir de una energía interna igualada a 0 se está generando un trabajo creando energía de la nada.[pic 8]

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