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TERMODINAMICA

Actividad 2. Sistemas termodinámicos en el entorno.

Esta actividad es colaborativa, por lo que tu Facilitador(a) deberá dividir al grupo en equipos de 2 a 3 estudiantes, posteriormente te asignará el número del equipo en que te toca participar y los compañeros con los que colaborarás. Una vez hecho esto, organízate con tu equipo y realicen lo siguiente:

1. Investiguen las características de los sistemas termodinámicos e incluyan en un documento de texto:

o Ejemplos de cada uno de los sistemas termodinámicos.o La descripción de cómo delimitaron los sistemas termodinámicos del

punto anterior.o Por último, expliquen cuáles son y cómo cambian las variables en

cada uno de los sistemas.2. Apliquen sus conocimientos efectuando lo siguiente:

o Analicen qué ocurre cuando una masa de aire frío entra en contacto con la tierra que se encuentra a una temperatura mayor.

o Expliquen el fenómeno considerando el sistema formado por la masa de aire caliente y la atmósfera terrestre.

UNIDAD 1. ACTIVIDAD 2.

ALUMNO :

MANUEL ALEJANDRO CAMACHO ESCOTO

Sistemas termodinámicos en el entorno.

Es en consecuencia la Ciencia que estudia la conversión de unas formas de la energía en otras. En su sentido etimológico, podría decirse que trata del calor y del

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trabajo, pero por extensión, de todas aquellas propiedades de las sustancias que guardan relación con el calor y el trabajo.

La Termodinámica se originó a partir de consideraciones acerca de calor y temperatura, y emplea términos y conceptos del lenguaje corriente. Sin embargo esas mismas palabras y conceptos, cuando se usan en Termodinámica son abstracciones de los conceptos ordinarios y tienen significados bien precisos que pueden diferir del uso común. Por eso hace falta introducir algunas definiciones y conceptos básicos, de los cuales quizás el más fundamental es el de equilibrio. La Teoría divide al universo en forma simple considerando como el sistema a aquella parte del universo que se encuentra en estudio. El sistema está rodeado por los alrededores y el límite de separación entre ambos constituye la frontera.

Toda intercambio entre el sistema y los alrededores implica algún tipo de transferencia que se realiza a través de la frontera. De esta manera, los alrededores no están constituidos por todo el Universo, sino solamente por aquella parte del mismo que afecta o se ve afectada por el sistema.

La definición del sistema y de los alrededores constituye el punto de partida para el análisis de cualquier problema termodinámico. Como definición de sistema se puede decir que es un conjunto de elementos con relaciones de interacción e interdependencia que le confieren entidad propia al formar un todo unificado.

Un sistema puede ser cualquier objeto, cualquier cantidad de materia, cualquier región del espacio, etc., seleccionado para estudiarlo y aislarlo (mentalmente) de todo lo demás. Así todo lo que lo rodea es entonces el entorno o el medio donde se encuentra el sistema.

La envoltura imaginaria que encierra un sistema y lo separa de sus inmediaciones (entorno) se llama frontera del sistema y puede pensarse que tiene propiedades especiales que sirven para: a) aislar el sistema de su entorno o para b) permitir la interacción de un modo específico entre el sistema y su ambiente. Es muy importante definir la frontera del sistema como una superficie y no otro sistema, debe quedar claro que el espesor de una superficie es matemáticamente cero por lo que la frontera no puede contener materia u ocupar algún lugar en el espacio. El valor de una propiedad que es medida en el punto exacto de la frontera debe ser por tanto el valor del sistema así como del entorno, ya que después de todo el sistema y el entorno están en contacto en ese punto.

Los sistemas termodinámicos se pueden clasificar como: aislados, cerrados y abiertos

S istema aislado.

Es el que no puede intercambiar absolutamente nada con el entorno. Es, en lo que a nosotros respecta, un microuniverso en sí mismo. Una buena aproximación de un sistema de este tipo es un termo de calidad excepcional herméticamente

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cerrado. En la realidad, claro está, el único sistema aislado de verdad, por definición, es el Universo entero y es posible aplicar las Leyes de la Termodinámica a todo el Universo, y extraer a partir de ellas conclusiones interesantes.

El ejemplo de un sistema aislado es el interior de un iglú, fuera del iglú la temperatura es muy baja; puede ser, por ejemplo, de -30 ºC o -40 º, la nieve es un buen aislante. Esto significa que transmite mal el calor y el frío, aunque pueda parecer sorprendente. Los poros de la nieve están llenos de aire, y el aire es un mal conductor del calor. Piénsese en los aislamientos térmicos con doble ventana, que contienen aire en su interior.De todas formas, la nieve para construir el iglú interesa que sea suficientemente compacta, para lo cual, a veces, se pisa y después se corta en bloques como si fueran ladrillos para construir el iglú apoyando unos sobre otros.Solamente con el calor desprendido por el ser humano se puede conseguir una temperatura en el interior del iglú muy superior a la exterior, porque la nieve de la casita sirve de buen aislante. Pero no solamente produce ese efecto el iglú, sino que también impide que el aire exterior entre en contacto con los habitantes del iglú y les robe más calor.

S istema cerrado .

No puede intercambiar materia con su entorno, pero sí energía en forma de calor y trabajo. Un sistema cerrado es una buena aproximación de sistemas reales que intercambien materia muy rara o lentamente con su entorno en comparación con el tiempo durante el cual los estudiamos.

Es posible incluso restringir más los sistemas cerrados si sólo pueden intercambiar un tipo de energía específico con el entorno, pero no quiero llenarte la cabeza con demasiados nombres para empezar, de modo que dejaremos esos refinamientos para cuando hablemos de calor y de trabajo.

Un ejemplo de un sistema cerrado es el campo de irrigación cuando se usa un sistema de riego por medio de goteo a base de presión de agua por medio de una bomba.

S istema abierto.

Es el que puede intercambiar materia y energía libremente con el entorno. La definición del sistema, por tanto, no puede basarse en la materia que lo compone, sino en otras propiedades, como el lugar que ocupa. Un ejemplo práctico puede ser el estudio de un lago: recibe agua de los arroyos que llegan a él, el agua puede además evaporarse y salir del lago, caen hojas de los árboles dentro de él, y gana y pierde energía de múltiples maneras, por ejemplo, recibe energía del Sol. Si esperamos el tiempo suficiente, el agua que formaba el lago cuando empezamos a estudiarlo tal vez ni siquiera estará ahí, sino que habrá sido

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completamente reemplazada por líquido nuevo: lo que define nuestro sistema no era el agua, sino el lugar definido por nosotros y limitado de manera arbitraria.

Como se puede comprender, los sistemas abiertos son los más difíciles de estudiar con precisión, ya que predecir el comportamiento futuro del sistema requiere saber qué va a pasar con el entorno. Pero, por otro lado, hablando estrictamente, todos los sistemas reales son abiertos. Cualquier parte del Universo puede intercambiar materia y energía con su entorno.

Acción y efecto de invertir. Fenómeno que se presenta cuando el patrón normal de temperatura en la atmósfera se comporta de forma contraria, es decir, aumenta con la altitud. La presencia de una inversión provoca estabilidad en la atmósfera. Coloquialmente se le da el nombre de "Inversión Térmica"

Fenómeno que ocurre cuando una masa de aire frio entra en contacto con la Tierra que se encuentra a una temperatura mayor.

La explicación que se da al fenómeno que se presenta cuando el patrón normal de temperatura en la atmósfera se comporta de forma contraria, es decir, aumenta con la altitud, es una presencia de inversión que provoca estabilidad en la atmósfera. Coloquialmente se le da el nombre de Inversión Térmica. La inversión térmica es un fenómeno natural que, en principio, se puede presentar cualquier día del año y a cualquier hora del día y que debido a su carácter natural, por si misma no representa ningún riesgo para la salud humana; solamente se vuelve peligrosa cuando, en la capa atmosférica en la que se encuentre inmersa, existan altas concentraciones de contaminantes, ya que una inversión térmica es sinónimo de estabilidad atmosférica, al menos temporal, por lo que no permite la dispersión de los mencionados contaminantes mientras dure.

El fenómeno de inversión térmica se presenta cuando en las noches despejadas el suelo ha perdido calor por radiación, las capas de aire cercanas a él se enfrían más rápido que las capas superiores de aire lo cual provoca que se genere un gradiente positivo de temperatura con la altitud (lo que es un fenómeno contrario al que se presenta normalmente, la temperatura de la troposfera disminuye con la altitud). Esto provoca que la capa de aire caliente quede atrapada entre las 2 capas de aire frío sin poder circular, ya que la presencia de la capa de aire frío cerca del suelo le da gran estabilidad a la atmósfera porque prácticamente no hay convección térmica, ni fenómenos de transporte y difusión de gases y esto hace que disminuya la velocidad de mezclado vertical entre la región que hay entre las 2 capas frías de aire.

Referencias.

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(2008).Por qué no se derrite un iglú?. Recuperado de http://blogs.20minutos.es/ciencia/2008/08/25/aapor-quao-se-derrite-iglaa/

Jaramillo, O. (2007). El concepto de Sistema. Recuperado de http://www.cie.unam.mx/~ojs/pub/Termodinamica/node9.html