EVAP 2

TERMODINÁMICA 

Concepto: La termodinámica puede definirse como el tema de la Física que estudia los procesos en los que se transfiere energía como calor y como trabajo.

Sabemos que se efectúa trabajo cuando la energía se transfiere de un cuerpo a otro por medios mecánicos. El calor es una transferencia de energía de un cuerpo a un segundo cuerpo que está a menor temperatura. O sea, el calor es muy semejante al trabajo.

LEYES

Primera Ley de la Termodinámica

Esta ley se expresa como:

Cambio en la energía interna en el sistema = Calor agregado (Q) - Trabajo efectuado por el sistema (W)

Notar que el signo menos en el lado derecho de la ecuación se debe justamente a que W se define como el trabajo efectuado por el sistema.

En la transformación de cualquier tipo de energía, en energía calorífica, o viceversa, la energía producida equivale, exactamente, a la energía transformada, es decir que la energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma.

Q =cal

U =cal   

W = cal

U=Q-W

Para entender esta ley, es útil imaginar un gas encerrado en un cilindro, una de cuyas tapas es un émbolo móvil y que mediante un mechero podemos agregarle calor. El cambio en la energía interna del gas estará dado por la diferencia entre el calor agregado y el trabajo que el gas hace al levantar el émbolo contra la presión atmosférica.

Segunda Ley de la Termodinámica

La primera ley nos dice que la energía se conserva. Sin embargo, podemos imaginar muchos procesos en que se conserve la energía, pero que realmente no ocurren en la naturaleza. Si se acerca un objeto caliente a uno frío, el calor pasa del caliente al frío y nunca al revés. Si pensamos que puede ser al revés, se seguiría conservando la energía y se cumpliría la primera ley.

En la naturaleza hay procesos que suceden, pero cuyos procesos inversos no. Para explicar esta falta de reversibilidad se formuló la segunda ley de la termodinamica, que tiene dos enunciados equivalentes:

Enunciado de Kelvin - Planck : 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.

Enunciado 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.

Tercera Ley de la Termodinámica

La tercera ley de la termodinámica es una extensión de la segunda ley y se relaciona con la determinación de los valores de la entropía. Hasta ahora hemos venido relacionado la entropía con el desorden molecular, cuanto mayor sea el desorden o la libertad de movimiento de los átomos o moléculas de un sistema, mayor será la entropía de éste.

Pensemos lo siguiente:

Si tenemos un gas, las moléculas de éste tendrán máxima libertad de movimiento, las  moléculas se encuentrarán en el mayor desorden.

Ahora si comenzamos enfriar el gas, las moléulas de este irán perdiendo esa capacidad de desorden,  si lo seguimos enfriando, las moleculas del gas seguirán perdiendo entropía, cada vez endrán menos movimiento, en el cero absoluto, (0 K ), dejarán de moverse. Luego en ese punto la S=0.

CALORIMETRÍA

La Calorimetría es la parte de la física que se encarga de medir la cantidad de calor generada o perdida en ciertos procesos físicos o químicos.

El aparato que se encarga de medir esas cantidades es el calorímetro. Consta de un termómetro que está en contacto con el medio que está midiendo. En el cual se encuentran las sustancias que dan y reciben calor. Las paredes deben estar lo más aisladas posible ya que hay que evitar al máximo el intercambio de calor con el exterior. De lo contrario las mediciones serían totalmente erróneas.

También hay una varilla como agitador para mezclar bien antes de comenzar a medir. Básicamente hay dos tipos de calorímetros. Los que trabajan a volumen constante y los que lo hacen a presión constante.

La cantidad de calor que recibe o transmite un cuerpo esta determinada por la siguiente formula:
Q = m x Ce x (Tf - Ti)

Donde:
Q = calor 
m = masa 
Ce = calor especifico, que esta determinada por el material que lo compone.
Tf = Temperatura final
Ti = Temperaura inicial
Tf - Ti = Variacion de la temperatura

ALGORITMO DEL PROBLEMA 1

INICIO

DECLARACIÓN
Q, m, Ce, Tf, Ti -----------> Reales

ASIGNACIÓN 
m = 20      Ce = 1      Tf= 120      Ti= 20    Q = ¿?

PROCESO
Q = m * Ce * (Tf- Ti)

RESULTADO
Q

FIN DEL ALGORITMO

FÓRMULA 

#include <iostream>

#include <math.h>

using namespace std;

int main ()

{

// 1) DECLARACION no se ejecuta es comentario

double Q, m, Ce, Ti, Tf, ∆T;

// 2) ASIGNACION

cout<<"Ingrese un valor Masa: "; cin>> m;

cout<<"Ingrese un valor Calor Especifico: "; cin>> Ce;
cout<<"Ingrese un valor Temperatura inicial: "; cin>> Ti;
cout<<"Ingrese un valor Temperatura final: "; cin>> ; Tf

// 3) PROCESO
∆T = Tf - Ti;

Q = m * Ce * ∆T;

// 4) RESULTADO

cout<<"La Variacion de la temperatura es: "<< ∆T << endl;

cout<<"El calor es: "<< Q << endl;

system ("pause");

return 0;

}

ALGORITMO DEL PROBLEMA 2

INICIO

DECLARACIÓN
Q, C, ∆T  -----------> Reales

ASIGNACIÓN 
Q = 16     ∆T = 32      C = ¿?

PROCESO


RESULTADO
C

FIN DEL ALGORITMO

FÓRMULA 

#include <iostream>

#include <math.h>

using namespace std;

int main ()

{

// 1) DECLARACION no se ejecuta es comentario

double Q, C, ∆T,  Ti, Tf;

// 2) ASIGNACION

cout<<"Ingrese un valor Cantidad de calor: "; cin>> Q;
cout<<"Ingrese un valor Temperatura inicial: "; cin>> Ti;
cout<<"Ingrese un valor Temperatura final: "; cin>> ; Tf

// 3) PROCESO
∆T = Tf - Ti;

C = Q / ∆T;

// 4) RESULTADO

cout<<"La Variacion de la temperatura es: "<< ∆T << endl;

cout<<"La capacidad calórica es: "<< Q << endl;

system ("pause");

return 0;

}

ALGORITMO DEL PROBLEMA 3

INICIO

DECLARACIÓN
c, m, C -----------> Reales

ASIGNACIÓN 
c = ¿?      C = 13      m = 46    

PROCESO


RESULTADO
c

FIN DEL ALGORITMO


CALOR FÓRMULA 

#include <iostream>

#include <math.h>

using namespace std;

int main ()

{

// 1) DECLARACION no se ejecuta es comentario

double c, m, C;

// 2) ASIGNACION

cout<<"Ingrese un valor Capacidad calórica: "; cin>> C;

cout<<"Ingrese un valor Masa: "; cin>> m;

// 3) PROCESO

c = C / m;

// 4) RESULTADO

cout<<"El calor específico es: "<< c << endl;

system ("pause");

return 0;

}