2ª. Ley de la Termodinámica

Física 1
Semana 15

Termodinámica 

Semana 15 SESIÓN 43	2ª. Ley de la Termodinámica
contenido temático	Sistema físico térmico, donde intervienen los factores de la 2ª Ley de la termodinámica.

Aprendizajes esperados del grupo	Conceptuales ·        Sistema físico térmico, donde intervienen los factores de la 2ª Ley de la termodinámica. Procedimentales: ·        Conoce las implicaciones de la segunda ley de la termodinámica. ·        Investigación y comparación de la eficiencia de algunas máquinas térmicas y discusión grupal delos enunciados de la segunda ley de la termodinámica. ·        Manejo de material  y equipo de laboratorio. ·        Presentación en equipo Actitudinales ·        Confianza, cooperación, responsabilidad respeto y tolerancia.
Materiales generales	De laboratorio: -        Parrilla eléctrica, dos vasos de precipitados de 250 ml, termómetro. De proyección: -        Pizarrón, gis, borrador -        Proyector de acetatos De computo: -        PC, y proyector tipo cañón -        Programas:  Gmail, Googledocs. Didáctico: Resumen escrito, en documento electrónico.
Desarrollo del proceso	FASE DE APERTURA El Profesor de acuerdo a su Planeación de clase presenta lo siguiente: ¿Qué es un proceso termodinámico reversible? ¿En qué consiste un proceso termodinámico irreversible? ¿Cómo enuncio Clausius la 2ª. Ley de la Termodinámica? ¿Cómo enuncio Clausius la 2ª. Ley de la Termodinámica? ¿Cuál es el funcionamiento de un refrigerador? ¿Cuál sería una conclusión general de la 2a. Ley de la termodinámica? Equipo 1 3 5 2 4 6 Respuesta Se denominan procesos reversibles a aquellos que hacen evolucionar a un sistema termodinámico desde un estado de equilibrio1inicial a otro nuevo estado de equilibrio final a través de infinitos estados de equilibrio. De una manera simplificada, se puede decir que un proceso reversible es aquel proceso que, después de ser llevado de un estado inicial a uno final, puede retomar sus propiedades originales. Estos procesos son procesos ideales,2 ya que el tiempo necesario para que se establezcan esos infinitos estados de equilibrio intermedio sería infinito.   Son aquellos procesos que como su nombre los indica, no son reversibles en tiempo, en perspectiva de los procesos naturales. Así que se puede definir que todos los procesos naturales son irreversibles “Es imposible construir una máquina cíclica, que no tenga otro efecto que transferir calor continuamente de un cuerpo hacia otro, que se encuentre a una temperatura más elevada”. En términos sencillos, el calor no puede fluir espontáneamente de un objeto frío a otro cálido. Este enunciado de la segunda ley establece la dirección del flujo de calor entre dos objetos a diferentes temperaturas. El calor sólo fluirá del cuerpo más frío al más cálido si se hace trabajo sobre el sistema. Es imposible construir una máquina térmica que, operando en un ciclo, no tenga otro efecto que absorber la energía térmica de una fuente y realizar la misma cantidad de trabajo. Su funcionamiento se basa en tomar calor de la parte de baja temperatura y lo expulsa al exterior, obviamente empleando una fuente de energía, en este caso, la eléctrica. La mayoría de los refrigeradores poseen un proceso cíclico de compresión y descompresión de un gas para así extraer calor de la parte interior y sacarlo a través de la rejilla de la parte posterior que se denomina condensador.  Para controlar este sistema, los refrigeradores poseen un termostato El calor nunca influye espontáneamente de una sustancia fría a una sustancia caliente. La Segunda Ley Por último, vamos a ver el contenido de la segunda ley de la termodinámica. En términos más o menos sencillos diría lo siguiente: "No existe un proceso cuyo único resultado sea la absorción de calor de una fuente y la conversión íntegra de este calor en trabajo”. Este principio (Principio de Kelvin-Planck) nació del estudio del rendimiento de máquinas y mejoramiento tecnológico de las mismas. Si este principio no fuera cierto, se podría hacer funcionar una central térmica tomando el calor del medio ambiente; aparentemente no habría ninguna contradicción, pues el medio ambiente contiene una cierta cantidad de energía interna, pero debemos señalar dos cosas: primero, la segunda ley de la termodinámica no es una consecuencia de la primera, sino una ley independiente; segundo, la segunda ley nos habla de las restricciones que existen al utilizar la energía en diferentes procesos, en nuestro caso, en una central térmica. No existe una máquina que utilice energía interna de una sola fuente de calor. FASE DE DESARROLLO   La entropía en los procesos reversibles (I) En el simulador temperatura-entropía, http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/estadistica/segundo/segundo.htm  Cada equipo calculara la variación de la entropía en función de una temperatura, para seis pasos, graficar los datos temperatura entropía. Equipo 1 2 3 Paso 1 2 3 Imagen Equipo 4 5 6 Paso 4 5 6 Imagen Actividades Se introduce La temperatura final del cuerpo T1, actuando en la barra de desplazamiento titulada Temperatura La temperatura inicial se ha fijado en T0=0ºC=273 K La masa m del cuerpo y su calor específico c se han elegido de modo que el producto m·c=1 Se pulsa el botón titulado Inicio. El número de pasos es N=1. El proceso consta de una sucesión de dos estados de equilibrio. Se pulsa el botón titulado Empieza Se pone el cuerpo en contacto con un foco a la temperatura T1. Se observa que la temperatura del cuerpo aumenta hasta alcanzar la temperatura final del foco. Cuando el cuerpo ha alcanzado la temperatura final de equilibrio, se pulsa el botón titulado Siguiente>>, El número de pasos es N=2. El proceso consta de una sucesión de dos estados de equilibrio. Se pulsa el botón titulado Empieza y así, sucesivamente En la parte derecha del applet, se representa En el eje vertical la variación de entropía ΔS En el eje horizontal la inversa 1/N del número de pasos Cuando el número N de pasos es muy grande la suma de las variaciones de entropía del foco y del gas tiende a cero Siendo que la termodinámica es la rama de la física que estudia la energía, la transformación entre sus distintas manifestaciones, como el calor, y su capacidad para producir un trabajo, te sugeriría lisa y llanamente que lleves una olla a presión, la llenas de agua y la pones a hervir. Al comenzar a salir el vapor concentrado en chorros potentes, le colocas una hélice hecha con madera o papel, que la haga girar, y explicas que a esa hélice o paleta puede ir conectada una rueda, o un generador de corriente, o cualquier otro elemento que aproveche ese movimiento. FASE DE CIERRE    Al final de las presentaciones se lleva a cabo una discusión extensa, en la clase, de lo  que se aprendió. Para generar una conclusión grupal relativa a la 2ª. Ley de la Termodinámica.                     Revisa el trabajo a cada alumno y lo registra en la lista de Blog.  Actividad Extra clase: Los alumnos: Ø  Elaboraran su informe,  para registrar sus resultados en su Blog. Ø  Indagaran los temas siguientes de acuerdo al cronograma, y los depositaran en su Blog personal en la cual contendrá su información, Ø  Los integrantes de cada equipo, se comunicaran la información indagada y la procesaran en Googledocs,   Analizaran y sintetizaran los resultados, para presentarla al Profesor en la siguiente sesión.
evaluación	El profesor revisara el Informe de la actividad depositado en el Blog personal.     Contenido: -         Resumen de la indagación bibliográfica. -        Informe de las actividades en el Aula-laboratorio.