temperatura y calor

Como se define la energía interna de un cuerpo en función a las energías potencial, transnacional, vibraciones de las moléculas que lo forman.

La energía interna U de un sistema intenta ser un reflejo de la energía a escala microscópica. Más concretamente, es la suma de:

La energía cinética interna, es decir, de las sumas de las energías cinéticas de las individualidades que lo forman respecto al centro de masas del sistema, y de la energía potencial interna, que es la energía potencial asociada a las interacciones entre estas individualidades.

La energía interna no incluye la energía cinética traslacional o rotacional del sistema como un todo. Tampoco incluye la energía potencial que el cuerpo pueda tener por su localización en un campo gravitacional o electrostático externo.


Como se define la temperatura:

La temperatura se define como la energía cinética media individual de las moléculas de un cuerpo.


Que tipos de termómetros existen:

Termómetro de máxima y mínima: por su forma en u puede registrar a cada lado del tubo las temperaturas máxima y mínima que se produjeron a lo largo de un día o de cualquier otro periodo.

Termómetro de gas a volumen constante: este funciona por el aumento de presión producido por el calentamiento del gas; la presión se mide con un manómetro y se traduce a temperatura.

Termómetro clínico: similar al termómetro común, pero con una escala mucho mas pequeña, tiene un estrechamiento en la parte inferior del tubo para que la columna de mercurio no baje después de tomar la temperatura de una persona hasta que se le de una pequeña sacudida.

Pirometro óptico: utilizado para medir altas temperaturas, la lectura se toma mediante la intensidad de luz emitida por un cuerpo.

Termómetro bimetalito hecho con un bimetal (acero y lat0n), que al torcerse por las diferentes dilataciones de sus partes registra la temperatura.

Que tipos de escalas termométricas existen y como se logra convertir grados centígrados, Fahrenheit y kelvin.

Ø Una de las escalas mas comunes es la Celsius o de grados centígrados, inventada por el científico Anders Celsius en el siglo XVIII. En esta escala una medición se representa con el símbolo de grados y una c; anders Celsius estableció que para su escala los puntos de 0 grados y 100 grados serian los de fusión y ebullición del agua pura del nivel del mar, respectivamente.

Ø En nuestros días la escala Celsius es la mas común pero hay otra escala empleada en varios países de habla inglesa, la Fahrenheit, para establecerla el físico alemán Fahrenheit usando por primera vez un termómetro de mercurio, estableció el punto cero de su escala como la temp0eratura mas baja lograda artificialmente en su época, que era la del hielo con sales de amonio, y fijo los 100 °f con base en la temperatura mas alta observada en el cuerpo humano.

Ø Existe otra escala de temperatura que se usa en las investigaciones científicas: la escala kelvin o escala absoluta, que fue propuesta en 1848 por el físico británico William Thompson. En esta escala se toma en cuenta la temperatura mas baja que la materia puede alcanzar -273°c, la cual se denomina cero absoluto.

Ø Para convertir los grados Celsius a Fahrenheit y viceversa observa lo siguiente:

En la escala Fahrenheit el punto de fusión del agua pura, es decir el 0 ° c, es de 32 °f, y el de ebullición (100 °c) es de 212 °f. En la de Celsius hay 100 grados entre estos dos puntos, mientras que en la otra hay 180 grados. Por esta razón, cada grado Celsius corresponde a 1.8 grados °f. Si además tenemos en cuenta que el cero Celsius corresponde al 32 Fahrenheit, es claro que para convertir una cierta temperatura en grados Celsius a °f hay que multiplicarla por 1.8, y al resultado de esto sumarle 32:

°F= 1.8 (°c) + 32 °c= °f - 32 / 1.8



Ø Para convertir grados Celsius a kelvin y viceversa:

Como por definición ambas escalas tienen el mismo intervalo entre los puntos de fusión del agua, su única diferencia radica en la ubicación del cero en cada una de ellas. Como ya se vio el cero de la escala de kelvin corresponde al cero absoluto, es decir a -273°c, por lo que la inversa, el cero de la escala Celsius, o sea el punto de fusión del agua, corresponde a 273 k.

K= °C +273 °C= K-273

Por que a la escala kelvin se le conoce como la escala absoluta.

Se le llama escala absoluta por que comienza justamente en el cero absoluto.
El cero absoluto es ciando al enfriar un cuerpo su temperatura baja, es decir es decir sus moléculas se mueven cada vez mas lentamente, pero si se continua bajando la temperatura llegara un momento en que las moléculas se detendrán por completo habremos llegado a la temperatura mínima posible a lo que se le conoce como el cero absoluto. Entonces el cero absoluto corresponde al estado de mínima energía de movimiento de las moléculas de un cuerpo. Por lo tanto esta escala no tiene temperaturas negativas.

Como se define el calor

El calor es la cantidad total de energía cinética molecular que pasa de un cuerpo a otro cuando se ponen en contacto estando a distinta Temperatura.


Como se define el equilibrio térmico:

Cuando dos cuerpos que tienen diferente temperatura se ponen en contacto, el cuerpo frió se calienta y el cuerpo caliente se enfría hasta que ambos alcanzan la misma temperatura. Si se mantuvieran aislados de influencias externas, la temperatura de ambos no cambiaria. Es decir, los cuerpos alcanzan un estado de equilibrio en sus temperaturas; se dice entonces que se encuentran en equilibrio térmico. Por lo tanto, cuando dos cuerpos tienen la misma temperatura y se ponen en contacto, sus temperaturas no cambian debido a que están en equilibrio térmico.



Como se define la ley cero de la termodinámica


La termodinámica basa sus análisis en algunas leyes: La Ley “cero”, referente al concepto de temperatura, la Primera Ley de la termodinámica, que nos habla del principio de conservación de la energía, la Segunda Ley de la termodinámica, que nos define a la entropía.

La Ley cero de la termodinámica nos dice que si tenemos dos cuerpos llamados A y B, con diferente temperatura uno de otro, y los ponemos en contacto, en un tiempo determinado t, estos alcanzarán la misma temperatura, es decir, tendrán ambos la misma temperatura. Si luego un tercer cuerpo, que llamaremos C se pone en contacto con A y B, también alcanzará la misma temperatura y, por lo tanto, A, B y C tendrán la misma temperatura mientras estén en contacto.

INTRODUCCION

MAQUINAS TERMICAS

La maquina térmica no es solo otro ejemplo de la aplicación de los principios científicos a la ejecución de las tareas cotidianas. Se puede considerar que las maquinas térmicas han hecho mas a lo largo de la historia para cambiar el estilo de vida de los seres humanos que cualquier otro invento de la ciencia y tecnología. Después de todo, la maquina térmica fue la que primero sustituyo a los animales y a los seres humanos como medios para realizar trabajo. La primera maquina térmica fue el motor de vapor. En 1705, se utilizo el primer motor de vapor para extraer agua de las minas de carbón en Inglaterra. En realidad, se puede decir que la maquina térmica puso en movimiento a la revolución industrial.

Pero no debemos ver estos cambios como cosas del pasado. A medida que las naciones se industrializan más y mas, es evidente que la crisis de energía se agudiza en muchos lugares. Los gobiernos, los científicos y los industriales tratan de encontrar medios para utilizar las reservas de energía que actualmente se desperdician, a si como utilizar mas eficientemente los combustibles y desarrollar nuevas fuentes de energía.

Aun mas, es obvio que la industria en general, y en especial los motores de automóviles, son responsables de la contaminación atmosférica que ha llegado a convertirse en un peligro para las comunidades industrializadas. En consecuencia, los científicos y los ingenieros están tratando de hacer u motor de gasolina que casi no contamine. Tal vez sea necesario rediseñar las maquinas térmicas que existen o bien, desarrollar otras nuevas. Hay quien piensa que el automóvil actual caerá algún día en el olvido. Otros dicen que su futuro será más brillante que nunca, pero probablemente utilizara nuevos tipos de motores de gasolina o incluso de vapor. Como cada uno de ellos es una maquina térmica, ahora mas que nunca es importante e interesante comprender los principios básicos bajo los que operan las maquinas térmicas.

Maquinas Termicas

Maquinas Termicas

Las maquinas termicas son aparatos que se utilizan para transformar la energia calorifica en trabajo mecasnico.

Existen 3 Clases:

1.- Maquinas de vapor

2.- Motores de combustion interna

3.- Motores de reaccion

Independientemente de la clase de maquina termica de que se trate, su funcionamiento basico consiste en la dilatacion de un gas calienten, el cual al realizar un trabajo se enfria.

Maquinaas de Vapór.

Cuando el agua se transforma en vapor, se expande ocupando un volumen 1700 veces mayor que en su estado liquido. las maquinas de vapor emplean la enorme energia producida por esta expansion para generar un trabajo. una maquina de vapor es de combustion externa si el combustible se quema fuera de ella, calentando la caldera productora del vapor que la alimenta.

El vapor producido por la caldera se acumula a muy altas presiones, de ahi pasa el cilindro donde empuja al embolo hacia el extremo opuesto. al final del desplazamiento (carrera) entra vapor por este extremo,empujando al embolo a su posicion inicial. por medio de un vastago ( varilla que penetra por un extremo del cilindro), se pone en conexion el embolo con un cigueñal que transforma el movimiento alternativo del embolo en giratorio. mientras el vapor penetra y se expande con fuerza a travez de un lado del embolo, el vapor contenido en el otro extremo del cilidro se escapa por una lombrera con 2 abertyuras: una para el escape y otra para la admision del vapor. el vapor utilizado puede disiparse hacia la atmosfera, o bien ser pasado a un condensador a fin que al encontrarse en estado liquido se vuelva a emplear en la caldera.

Maquinas de Combustion Interna.

Los motores de combustion interna o de explosion se llaman asi por que el combustible se quema dentro del motor don realiza su funcion. estos motores aporovechan la expansion de los gases producidos por la combustion viva de una mezcla carburante en la camara de combustion del cilindro. los gases empujan un embolo y debido a la utilizacion de una viela el movimiento de este se transforma en movimiento giratorio del cigueñal. existen motores de combustion de cuatro y de dos tiempos. en un motor de cuatro tiempos su ciclo es el siguiente:

1.- Admision: El embolo se mueve hacia abajo, adsorviendo una mezcla de combustible t aire que procede del carburador.

2.-Compresion: el embolo se desplaza hacia la parte alta del cilindro. la valvula de admision se a cerrado, y la mezcla de aire y combustible ya no puede escapar al subir el embolo, la mezcla carburante lo comprime fuertemente en la camara de combustion, lo cual se denomina indice de comprension. por ejemplo: si al principio la mezcla ocupa la totalidad del cilindro al final solo llenara una octava parte del mismo, es decir, su indice de compresion es de 8 a 1.

3.- Explosión: a chispa eléctrica que salta entre los electrodos de la bujía se encarga de encender e inflamar la mezcla, produciéndose así una violenta dilatación de los gases encargados de empujar el embolo hacia abajo, y al arrastrar al cigüeñal realiza trabajo mecánico.

4.- El Embolo se eleva de nuevo en el interior del cilindro, abriéndose la válvula de escape, la cual se encuentra en la parte alta de este. El movimiento de elevación del embolo expulsa los gases quemados por medio de la lumbrera de escape. Cuando llega el final de la carrera, la válvula se cierra y el motor inicia nuevamente su ciclo. La apertura de las válvulas de admisión y de escape, así como la producción de la chispa en la cámara de combustión se obtiene a través de mecanismos sincronizados con el cigüeñal.

Los motores cuyo dos ciclos es de dos tiempos generan potencia cada vez que el embolo baja, esto se logra al combinar el escape, la admisión y la compresión en un solo tiempo, además no tienen válvulas de admisión ni de escape, sino lumbreras abiertas a los lados del cilindro, las cuales son tapadas y destapadas por el embolo en su desplazamiento hacia arriba y abajo.

Los motores diesel, llamados de combustión pesada o de aceites pesados, recaracterizan por que no tienen sistema de encendido ni carburador. En estos motores cuando el embolo baja aspira aire puro y al subir lo comprime fuertemente de 30 a 50 atmósferas, calentándolo a temperaturas de 500 a 600 °c. En seguida se inyecta en ese aire un chorro de combustible líquido que se pulveriza en la cámara y se inflama en forma espontánea por la alta temperatura existente. Los gases en su expansión empujan el embolo, mismo que realizara un trabajo mecánico.


Motores De Reaccion

Los motores de reacción se basan en el principio de la acción y reacción. Existen dos tipos principales de motores a reacción:

- Los Turborreactores constan de un generador de gases muy calientes y de una tobera que los expele hacia atrás en forma de chorro (acción), así impulsa al motor y al móvil en el cual se encuentra instalado hacia delante (reacción).

- El Motor del cohete no necesita del aire atmosférico para funcionar, pues contiene en su interior las sustancias químicas para la combustión. Los gases calientes producidos en la cámara de combustión son expelidos con gran fuerza hacia atrás (acción), de esta manera impulsan a la nave hacia delante (reacción).

Eficiencia De Las Maquinas Termicas

De acuerdo con la segunda ley de la termodinámica, es imposible construir una maquina térmica que transforme en trabajo todo el calor suministrado. Esta limitación de las maquinas térmicas, cuya eficiencia nunca podrá ser del 100%, se debe que la mayor parte del calor proporcionado en lugar de convertirse en trabajo mecánico se disipa a la atmósfera, ya se a por el calor que arrastran los humos y gases residuales calientes o por el calor perdido a través de la radiación y la fricción entre sus partes móviles. En realidad, la eficiencia de las maquinas térmicas es bastante baja, pues en las maquinas de vapor va de un 20% a un 35% máximo, en los motores diesel es de un máximo de 40%.

Por definición: la eficiencia o rendimiento de una maquina térmica es la relación entre el trabajo mecánico producido y la cantidad de calor que se le suministra.

n = T/Q…………….. (1)

n = eficiencia de la maquina térmica

T = trabajo neto producido por
la maquina en calorías (cal) o joules (j)

Q = calor suministrado a la maquina
por el combustible en calorías o joules.


Como el trabajo neto producido por la maquina es igual a la diferencia entre el calor que se le suministra (q1) y el calor que no puede aprovecharse por que se disipa en la atmósfera (q2):

T= Q1-Q2

Donde la eficiencia se expresa:

N= Q1-Q2/Q1

O bien:

N=1- Q2/Q1…………….. (2)

Como siempre existirá una cantidad de calor que no se puede aprovechar (q2) para convertirla en trabajo, la eficiencia de una maquina térmica será menor que uno. Si se desea expresar la eficiencia en porcentajes, bastara con multiplicar las ecuaciones 1 y 2 por 100.

La eficiencia de una maquina térmica se puede calcular en función de la relación que hay entre la temperatura de la fuente caliente (t1) y la temperatura de la fuente fría (t2), ambas medidas en temperaturas absolutas, es decir, en grados kelvin (k).
Donde:
n = 1- T2/T1……………. (3)

Fuente caliente (T1) es la temperatura absoluta del foco que suministra el calor para producir trabajo, y fuente fría (T2) es la temperatura absoluta del foco por donde se escapa el calor que no es aprovechado en trabajo.

También se puede calcular la eficiencia de una maquina térmica dividir la potencia útil o de salida de la maquina entre la potencia total o de entrada de la misma, es decir:

E= Potencia de salida /
Potencia de entrada


Impacto Ecologico De Las Maquinas Termicas

El progreso de nuestra sociedad no seria posible sin los diferentes tipos de maquinas térmicas que existen. Gracias a su uso, hoy en día nos trasladamos rápidamente por tierra, aire, mares y ríos; las comunicaciones entre los cinco continentes son prácticamente instantáneas; en síntesis, disfrutamos de las múltiples aplicaciones de las maquinas y nuestra vida es mas activa y placentera. Sin embargo, no debemos olvidar que las maquinas térmicas requieren del uso de diferentes energéticos lo que provoca consecuencias como la contaminación del suelo, agua y aire.


El aire, en especial el de los grandes núcleos urbanos e industriales, contienen sustancias nocivas, incluso peligrosas, que contribuyen a la contaminación. Estas sustancias provienen de la combustión de carbón, leña e hidrocarburos. Así la gasolina con aire en exceso produce durante su combustión, bióxido de carbono y agua; pero las condiciones del motor son diferentes, mas propicias para una combustión parcial. Entonces, además del bióxido de carbono y agua en forma de vapor, produce sustancias nocivas como:

a) monóxido de carbono, que es un gas venenoso

b) hidrocarburos no quemados, que pueden causar daños al hígado hasta cáncer.

c) Dióxido de azufre, formado a partir de la pequeña cantidad de azufre que contiene el petróleo, que ocasiona enfermedades de las vías respiratorias y lluvia acida.

d) Monóxido y dióxido de nitrógeno, productos de la reacción entre nitrógeno y oxigeno a la temperatura del motor; -ocasiona los mismos efectos perniciosos que el dióxido de azufre.

e) Humo, constituido por pequeñas partículas de carbono en suspensión, que daña pulmones entre otras cosas.

El caso del ozono es particular, ya que es beneficioso en la alta atmósfera, por que nos protege de una radiación intensa de rayos ultravioleta provenientes del sol; pero perjudicial en la superficie por irritar las vías respiratorias. El ozono se produce aquí por la acción de la luz solar sobre el oxigeno y los gases de escape de los motores. El conjunto de ellos forman lo que se llama smog que aparece como una niebla contaminante y persistente sobre los grandes núcleos urbanos.

A N E X O S

Para mas informacion te sugerimos estas paginas....

http://redescolar.ilce.edu.mx/redescolar2008/educontinua/conciencia/fisica/maquinas_termicas/index.html

http://html.rincondelvago.com/maquinas-termicas_3.html

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Trabajo :

"Maquinas Termicas"

Integrantes:

*Matilde Lizbeth de la Cruz Ortiz

*Rita Cristel Vaquier Hernandez

*Lucia Nallely May de la Cruz

*Maria Fernanda Alvarez Osorio

*Itzel Dalay Gonzalez Flores

H. Cardenas, Tabasco. Marzo de 2009