Cambio de la energía interna en trabajo y calor.
El calor (representado con la letra Q) es la energía transferida
de un sistema a otro (o de un sistema a sus alrededores) debido en
general a una diferencia de temperatura entre ellos. El calor que
absorbe o cede un sistema termodinámico depende normalmente del tipo de
transformación que ha experimentado dicho sistema.
Dos o más cuerpos en contacto que se encuentran a distinta temperatura alcanzan, pasado un tiempo, el equilibrio térmico (misma temperatura). Este hecho se conoce como Principio Cero de la Termodinámica, y se ilustra en la siguiente figura.
Un aspecto del calor que conviene resaltar es que los cuerpos no almacenan calor sino energía interna.
El calor es por tanto la transferencia de parte de dicha energía
interna de un sistema a otro, con la condición de que ambos estén a
diferente temperatura. Sus unidades en el Sistema Internacional son los
julios (J)
La expresión que relaciona la cantidad de calor que intercambia una masa m de una cierta sustancia con la variación de temperatura Δt que experimenta es:
donde c es el calor específico de la sustancia.
El calor específico (o capacidad calorífica específica) es
la energía necesaria para elevar en un 1 grado la temperatura de 1 kg de
masa. Sus unidades en el Sistema Internacional son J/kg K.
Por efecto de la presión (p) ejercida por el gas, el pistón sufre una fuerza F que lo desplaza desde una posición inicial (A) a una posición final (B), mientras recorre una distancia dx.
A partir de la definición de presión, se puede expresar F y el vector desplazamiento dl en función de un vector unitario u, perpendicular a la superficie de la siguiente forma:
Calculamos el trabajo realizado por el gas desde el estado A al estado B en este proceso:
El producto Sdx es la variación de volumen (dV) que ha experimentado el gas, luego finalmente se puede expresar:
En el Sistema Internacional el trabajo se mide en Julios (J).
Este trabajo está considerado desde el punto de vista del sistema termodinámico, por tanto:
El trabajo es positivo cuando lo realiza el gas (expansión) y negativo cuando el exterior lo realiza contra el gas (compresión).
Seman13
martes
SESIÓN
37
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PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA
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contenido
temático
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Cambio de la energía
interna en trabajo y calor.
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Aprendizajes esperados del grupo
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Conceptuales
·
Conocerán el
cambio de la energía interna a trabajo y calor.
Procedimentales
·
Reconoce y
analiza dos formas en la transformación de energía a trabajo y calor
·
Elaboración de acetatos y
manejo del proyector.
·
Presentación en equipo
Actitudinales
·
Confianza, colaboración, cooperación, responsabilidad respeto y
tolerancia.
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Materiales generales
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De laboratorio:
MATERIAL: Madera, metal, piedra,
taladro con broca, 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.
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Desarrollo del proceso
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FASE DE APERTURA
El Profesor de acuerdo a su Planeación de clase plantea las
preguntas siguientes:
¿Se
podría colocar una botella tapada llena de agua dentro de una masa de hielo
en derretimiento sin temor a que se rompa?
b) Una botella llena de agua se encuentra dentro de una masa de hielo a 0 °C, y otra, dentro de agua a la misma temperatura. ¿En cuál de las botellas el agua se congelará antes?
Después en equipo y grupalmente, discuten y sintetizan el
contenido de las respuestas.
FASE DE DESARROLLO
Conversión de trabajo en calor
PROCEDIMIENTO:
Conversión de trabajo en calor
PROCEDIMIENTO:
A.- Colocar la broca al taladro y aplicar durante 5
minutos la acción de taladrar a la madera, el metal y la piedra. Inmediatamente
medir la temperatura en la perforación de cada material, anotar los datos:
Observaciones:
Graficar los datos para cada
material (equipo-material-temperatura).
a)
Si se
congelara el agua contenida en la botella, el vidrio se rompería a
consecuencia de la dilatación del hielo. No obstante, en las condiciones
especificadas el agua no se helará. Para ello no sólo habría que reducir la
temperatura hasta 0 °C, sino también haría falta disminuir el calor latente
de fusión en 80 calorías por cada gramo de agua que se congela. El hielo,
dentro del cual se encuentra la botella, tiene una temperatura de 0 °C (se
derrite) y, por consiguiente, el agua no transmitirá calor al hielo: la
transmisión de calor es imposible cuando las temperaturas son iguales. Como
el agua no cede calor a 0 °C, permanecerá en estado líquido. Por ello, no hay
que temer que la botella se rompa.
b) El agua no se congelará en ninguna de las botellas. En ambos casos la temperatura es de 0 °C, por consiguiente, el agua contenida en la botella se enfriará hasta 0 °C, pero no se helará, pues no podrá ceder calor latente de fusión al ambiente: si los cuerpos tienen temperaturas iguales, no intercambian calor.
Después discuten y sintetizan el contenido
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 conversión de energía interna en calor y trabajo.
Revisa el trabajo a
cada alumno y lo registra en la lista de MOODLE.
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.
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evaluación
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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.
|
Primera ley de la termodinámica
La Primera Ley o
Primer Principio de la Termodinámica es solamente el principio de conservación
de la energía. Afirma que, como la energía no puede crearse ni destruirse, la
cantidad de energía transferida a un sistema en forma de calor más la cantidad
de energía transferida en forma de trabajo sobre el sistema debe ser igual al
aumento de la energía interna del sistema.
El calor y el
trabajo son las formas mediante las cuales los sistemas pueden intercambiar
energía.
“El incremento
en la energía interna de un sistema es igual a la suma de la cantidad de calor
que le fue transferido y la suma de la energía que le fue transferida en forma
de trabajo”
ΔU=Q+W
Q es el calor, es
positivo si fluye de los alrededores al sistema, y negativo si fluye del
sistema al medio que lo rodea.
W es el
trabajo, el cual es negativo si el sistema realiza trabajo, positivo en caso
contrario.
Semana13
jueves
SESIÓN
38
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PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA
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contenido
temático
|
La 1ª. Ley de la
Termodinámica.
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Aprendizajes esperados del grupo
|
Conceptuales
·
Conocerán la 1ª. Ley de la Termodinámica.
Procedimentales
·
Reconoce y ejemplifica
la primera ley de la termodinámica en procesos simples
Actitudinales
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Materiales generales
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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, Goolgedocs.
Didáctico:
-
Resumen escrito, en documento
electrónico.
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Desarrollo del proceso
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FASE DE APERTURA
El Profesor les plantea la siguiente pregunta:
¿Sería posible calentar el agua mediante vapor
de 100 °C hasta que empiece a hervir?
Escribir su
respuesta:
Los equipos trabajaran con la información que indagaron para contestar la pregunta.
-
Uno de los alumnos de cada
equipo lee la respuesta de su equipo y se aclaran dudas.
FASE DE DESARROLLO
-
Colocar en un vaso de
precipitados 50 ml de agua, colocar
sobre este vaso otro vaso con 50 ml de
agua y medir su temperatura.
-
Colocar el conjunto de los dos vasos sobre la parrilla.
-
Calentar hasta ebullición
del agua del vaso de precipitados inferior y medir la temperatura del vapor,
medir el tiempo de ebullición del
agua del vaso inferior y la temperatura del agua del
vaso superior.
Observaciones:
Graficar
los datos obtenidos:
El vapor calentado hasta 100 °C puede ceder
calor al agua siempre que la temperatura de ésta sea inferior a los 100 °C. A
partir del instante en que se igualan las temperaturas del vapor y el agua,
el primero deja de transmitir calor a la segunda.
Por
ello, es posible calentar agua hasta 100 °C mediante el vapor que tiene esa
misma temperatura, pero éste no podrá transmitirle la cantidad de calor
necesaria para pasar al estado gaseoso.
Por consiguiente, se puede calentar agua hasta la temperatura de ebullición mediante el vapor, cuya temperatura es de 100 °C, más es imposible lograr que empiece a hervir: seguirá en estado líquido.
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 Primera Ley de la
Termodinámica.
Revisa el trabajo a
cada alumno y lo registra en la lista de MOODLE.
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.
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|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
evaluación
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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.
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Y la
recapitulación de éstos mismos…
Semana13
viernes
SESIÓN
39
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Recapitulación
13
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contenido
temático
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Sistema físico
térmico, 1a. ley de la termodinámica.
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Aprendizajes esperados del grupo
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Conceptuales
·
Sistema físico térmico, 1a.
ley de la termodinámica.
Procedimentales
·
Describirá la conformación de la 1ª. Ley de
la Termodinámica.
·
Elaboración de acetatos y
manejo del proyector.
·
Discusión en equipo
·
Presentación en equipo
Actitudinales
-
Confianza, cooperación,
responsabilidad respeto y tolerancia.
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Materiales generales
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De proyección:
-
Pizarrón, gis, borrador
-
Proyector de acetatos y
proyector tipo cañón
De computo:
-
PC, conexión a Internet.
-
Programas: Hoja de cálculo,
procesador de palabras, presentador.
Didáctico:
-
Resumen escrito, en documento
electrónico.
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Desarrollo del proceso
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FASE DE APERTURA
El Profesor de acuerdo a su Planeación de clase.
-
Cada equipo realizara una autoevaluación de los temas aprendidos en las dos
sesiones anteriores. ¿Qué temas se abordaron? ¿Que aprendí? ¿Qué dudas tengo?
- Solicita a los alumnos elaboren un resumen escrito en su
cuaderno de lo visto en las dos sesiones anteriores,
FASE DE DESARROLLO
-
Les solicita que un alumno de cada equipo lea el resumen elaborado.
-
El Profesor pregunta acerca de las dudas que tengan acerca de los temas
vistos en las dos sesiones anteriores.
FASE DE CIERRE
El
Profesor concluye con un repaso de la importancia de la 1ª. Ley de la
Termodinámica y su relación con la vida cotidiana.
-
Revisa el trabajo a cada
alumno y lo registra en la lista de la plataforma MOODLE.
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.
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||||||||||||||
evaluación
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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.
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SEMANA
13
4, 6
y 7-11-2014
Génesis Saludos, muy buen trabajo,queda registrado.
ResponderBorrarProf. Agustín
Muchas gracias Profe, saludos. :D
ResponderBorrarGénesis Morales. :D