UNIVERSIDAD COLEGIO MAYOR DE CUNDINAMARCA
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD
PROGRAMA DE BACTERIOLOGÍA Y LABORATORIO CLÍNICO
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Blog elaborado para la clase de BIOFÍSICA
PRESENTADO AL PROFESOR: John Fredy Salas Rodríguez
TERMODINÁMICA
¿Qué es termodinámica?
El vocablo hermos que viene a definirse como "caliente", el sustantivo dinamos que es equivalente a "fuerza" o "poder" y el sufijo ico que uede determinarse como "relativo".
es la rama de la física que estudia los vínculos existentes entre el calor y las demás variables de energía. Analiza por lo tanto, los efectos que poseen a nivel macroscópico las modificaciones de temperatura, presión, densidad, masa y volumen en cada sistema. La base de la termodinámica es todo aquello que tiene relación con el paso de la energía, un fenómeno capaz de provocar movimientos en diversos cuerpos.
El vocablo hermos que viene a definirse como "caliente", el sustantivo dinamos que es equivalente a "fuerza" o "poder" y el sufijo ico que uede determinarse como "relativo".
es la rama de la física que estudia los vínculos existentes entre el calor y las demás variables de energía. Analiza por lo tanto, los efectos que poseen a nivel macroscópico las modificaciones de temperatura, presión, densidad, masa y volumen en cada sistema. La base de la termodinámica es todo aquello que tiene relación con el paso de la energía, un fenómeno capaz de provocar movimientos en diversos cuerpos.
Termodinámica
¿Sabes algo sobre la termodinámica?
Introducción al tema:
¿Cuáles son las leyes de la termodinámica?
PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA
Este principio o ley cero, establece que existe una determinada propiedad denominada temperatura empírica, que es común para todos los estados de equilibrio termodinámico que se encuentren en equilibrio mutuo con un lado.
El equilibrio termodinámico de un sistema se define como la condición del mismo en el cuál las variables empíricas usadas para definir o dar a conocer un estado del sistema (presión, volumen, campo eléctrico, polarización, magnetización, Tensión lineal, tensión superficial, coordenadas en el plano x, y) no son dependientes del Tiempo.
PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA:
Conocida como el principio de la conservación de la energía para la termodinámica, establece que si se realiza trabajo sobre un sistema o bien este intercambia calor con otro, la energía interna del sistema cambiará.
"La energía no se crea ni se destruye: sólo se transforma"
Tengamos en cuenta la siguiente ecuación:
DÓNDE:
U: Es la energía interna del sistema (aislado)
Q: Es la cantidad de calor aportado al sistema
W: Es el trabajo realizado por el Sistema
Veamos un ejemplo aplicando la ecuación:
SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA:
El segundo principio sirve como regulador de la dirección en la que se llevan a cabo los procesos termodinámicos e impone la posibilidad de que se desarrollen en sentido opuesto.
Cabe destacar que esta segunda ley se respalda en la ENTROPÍA, que es una magnitud física encargada de medir la cantidad energía inservible para generar trabajo.
Una aplicación importante de esta ley, es el estudio de las máquinas térmicas como el motor de combustión interna.
Q1= W+Q2
TERCERA LEY DE LA TERMODINÁMICA:
Destaca que no es posible lograr una marca térmica que llegue al cero absoluto a través de una cantidad finita de procedimientos físicos. Puede formularse también como que a medida que un sistema dado se aproxima al cero absoluto, su entropía tiende a un valor constante específico.
SISTEMAS:
Se puede definir un sistema como un conjunto de materia, que está limitado por una superficie, que le pone el observador real o imaginaria.
Existen 3 tipos de sistemas:
SISTEMA ABIERTO: se da cuando existe un intercambio de masa y de energía con los alrededores; es por ejemplo, un coche. Le echamos combustible y él desprende diferentes gases y calor.
SISTEMA CERRADO: se da cuando no existe un intercambio de maso con el medio circundante, sólo se puede dar un intercambio de energía; un reloj de cuerda, no introducimos ni sacamos materia de éste. Sólo precisa un aporte de energía que emplea para medir el tiempo.
SISTEMA AISLADO: se da cuando no hay intercambio ni de masa ni de energía con los alrededores, ¿cómo encontrarlo si no interactuamos con él? sin embargo un termo lleno de comida caliente es una aproximación, ya que el envase no permite el intercambio de materia e intenta impedir que la energía (calor) salga de él.
¡¡PARA TENER EN CUENTA!!
Las variables de la termodinámica que se tienen en cuenta con el estado interno de un sistema, se le llaman variables termodinámicas, y entre ellas la más importantes en el estudio de la termodinámica son:
- la masa
- el volumen
- la densidad
- la presión
- la temperatura
También debemos tener en cuenta que en la termodinámica se estudian las propiedades las cuales se dividen en dos:
PROPIEDADES INTENSIVAS: son aquellas que no dependen de la cantidad de sustancia o del tamaño de un sistema, por lo que su valor permanece inalterado al subdividir el sistema inicial en varios subsistemas, por este motivo no son propiedades aditivas.
PROPIEDADES EXTENSIVAS: son las que dependen de la cantidad de sustancia de un sistema y son recíprocamente equivalentes a las intensivas. Por tanto depende del "tamaño" del sistema. Una propiedad extensiva tiene la propiedad de ser aditiva en el sentido de que si se divide en sistema en dos o más partes, el valor de la magnitud extensiva para el sistema completo es la suma de los valores de dicha magnitud para cada una de las partes.
Información Tomada de:
- Zalamea, Eduardo. Paris, Roberto.Arbey, Jairo. Física1. 1980. MacGraw. Hill Latinoamericana.
- http://definicion.de/termodinamica/
EJERCICIOS DE APLICACIÓN
Ejercicios de aplicación
1. Hallar la variación de la energía interna de un sistema que absorbe 500 cal y realiza 40 J de trabajo.
Teniendo en cuenta que para hacer la conversión 4,186 cal equivalen a 1J.
2. En la siguiente transformación adiabática hallar la variación de la energía interna de un gas que produce en una expansión adiabática 0.5J de trabajo exterior.
3. Se dispone de un cilindro que contiene un gas y está dotado de un pistón de 5kN de peso. Se calienta el gas y el pistón se desplaza 40 cm. Considerando que el calor absorbido por el gas es de 60J, calcular la variación de energía interna.
4. La temperatura de una barra de plata sube 10°C cuando absorbe 1.23 KJ de energía por calor. La masa de la barra es de 525 g. Determine el calor específico de la plata.
5. Una muestra de 50 gr de cobre está a 25°C. Si 200J de energía se le agregan por calor, ¿cuál es la temperatura final del cobre?
6. Una herradura de hierro de 1.5 kg inicialmente a 600°C se deja caer en una cubeta que contiene 20 kg de agua a 25°C. ¿Cuál es la temperatura final? (Pase por alto la capacidad calorífica del recipiente.)
7.Una taza de aluminio de 200 g de masa contiene 800 g de agua en equilibrio térmico a 80°C. La combinación de taza y agua se enfría uniformemente de modo que la temperatura desciende a 1.5°C por minuto. ¿A qué ritmo se remueve energía por calor? Exprese su respuesta en Watts.
8. Un gas se comprime a una presión constante de 0.8 atm de 9L a 2L. En el proceso, 400J de energía salen del gas por calor. ¿Cuál es el trabajo realizado por el gas?
9. Un sistema termodinámico experimenta un proceso en el que la energía interna disminuye a 500J. Al mismo tiempo, 220J de trabajo se realizan sobre el sistema. Encuentre la energía transferida hacia o desde él por calor.
1. Hallar la variación de la energía interna de un sistema que absorbe 500 cal y realiza 40 J de trabajo.
Teniendo en cuenta que para hacer la conversión 4,186 cal equivalen a 1J.
2. En la siguiente transformación adiabática hallar la variación de la energía interna de un gas que produce en una expansión adiabática 0.5J de trabajo exterior.
3. Se dispone de un cilindro que contiene un gas y está dotado de un pistón de 5kN de peso. Se calienta el gas y el pistón se desplaza 40 cm. Considerando que el calor absorbido por el gas es de 60J, calcular la variación de energía interna.
4. La temperatura de una barra de plata sube 10°C cuando absorbe 1.23 KJ de energía por calor. La masa de la barra es de 525 g. Determine el calor específico de la plata.
5. Una muestra de 50 gr de cobre está a 25°C. Si 200J de energía se le agregan por calor, ¿cuál es la temperatura final del cobre?
6. Una herradura de hierro de 1.5 kg inicialmente a 600°C se deja caer en una cubeta que contiene 20 kg de agua a 25°C. ¿Cuál es la temperatura final? (Pase por alto la capacidad calorífica del recipiente.)
7.Una taza de aluminio de 200 g de masa contiene 800 g de agua en equilibrio térmico a 80°C. La combinación de taza y agua se enfría uniformemente de modo que la temperatura desciende a 1.5°C por minuto. ¿A qué ritmo se remueve energía por calor? Exprese su respuesta en Watts.
8. Un gas se comprime a una presión constante de 0.8 atm de 9L a 2L. En el proceso, 400J de energía salen del gas por calor. ¿Cuál es el trabajo realizado por el gas?
9. Un sistema termodinámico experimenta un proceso en el que la energía interna disminuye a 500J. Al mismo tiempo, 220J de trabajo se realizan sobre el sistema. Encuentre la energía transferida hacia o desde él por calor.
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