Segunda Ley de la Termodinámica.
La segunda ley de la termodinámica establece cuales procesos
de la naturaleza pueden ocurrir o no. De todos los procesos permitidos por la
primera ley, solo ciertos tipos de conversión de energía pueden ocurrir.
Los
siguientes son algunos procesos compatibles con la primera ley de la termodinámica,
pero que se cumplen en un orden gobernado por la segunda ley.
1) Cuando dos objetos que están a diferente temperatura se
ponen en contacto térmico entre sí, el calor fluye del objeto más cálido al más
frío, pero nunca del más frío al más cálido.
2) La sal se disuelve espontáneamente en el agua, pero la
extracción de la sal del agua requiere alguna influencia externa.
3) Cuando se deja caer una pelota de goma al piso, rebota
hasta detenerse, pero el proceso inverso nunca ocurre.
Todos estos son ejemplos de procesos irreversibles, es decir
procesos que ocurren naturalmente en una sola dirección.
Ninguno de estos procesos ocurre en el orden temporal
opuesto. Si lo hicieran, violarían la segunda ley de la termodinámica.
La naturaleza unidireccional de los procesos termodinámicos
establece una dirección del tiempo. La segunda ley de la termodinámica, que se
puede enunciar de diferentes formas equivalentes, tiene muchas aplicaciones
prácticas. Desde el punto de vista de la ingeniería, tal vez la más importante
es en relación con la eficiencia limitada de las máquinas térmicas. Expresada
en forma simple, la segunda ley afirma que no es posible construir una máquina
capaz de convertir por completo, de manera continua, la energía térmica en
otras formas de energía.
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Semana15
martes
SESIÓN
43
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2ª. Ley de la Termodinámica
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contenido temático
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Sistema físico térmico, donde
intervienen los factores de la 2ª Ley de la termodinámica.
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Aprendizajes
esperados del grupo
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Conceptuales
Procedimentales:
Actitudinales
·
Confianza,
cooperación, responsabilidad respeto y tolerancia.
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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, 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
presenta lo siguiente:
http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/estadistica/segundo/segundo.htm
La Segunda Ley
Por último, vamos a
ver el contenido de la segunda ley de la termodinámica. En términos más o
menos sencillos diría lo siguiente: "No existe un proceso cuyo
único resultado sea la absorción de calor de una fuente y la conversión
íntegra de este calor en trabajo”. Este principio (Principio de
Kelvin-Planck) nació del estudio del rendimiento de máquinas y mejoramiento tecnológico de las mismas. Si este
principio no fuera cierto, se podría hacer funcionar una central térmica
tomando el calor del medio ambiente; aparentemente no habría ninguna contradicción, pues el medio ambiente contiene una cierta cantidad de energía interna, pero
debemos señalar dos cosas: primero, la segunda ley de la termodinámica no es
una consecuencia de la primera, sino una ley independiente; segundo, la
segunda ley nos habla de las restricciones que existen al utilizar la energía
en diferentes procesos, en nuestro caso, en una central térmica. No existe una
máquina que utilice energía interna de una sola fuente de calor.
FASE DE DESARROLLO
La entropía
en los procesos reversibles (I)
En el
simulador temperatura-entropía, cada equipo calculara la variación de la
entropía en función de una temperatura, para seis pasos, graficar los datos
temperatura entropía.
Siendo que la
termodinámica es la rama de la física que estudia la energía, la
transformación entre sus distintas manifestaciones, como el calor, y su
capacidad para producir un trabajo, te sugeriría lisa y llanamente que lleves
una olla a presión, la llenas de agua y la pones a hervir.
Al comenzar a salir el vapor concentrado en chorros potentes, le colocas una hélice hecha con madera o papel, que la haga girar, y explicas que a esa hélice o paleta puede ir conectada una rueda, o un generador de corriente, o cualquier otro elemento que aproveche ese movimiento.
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 2ª.
Ley de la Termodinámica.
Revisa el trabajo a cada alumno y lo registra en el Blog.
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:
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Resumen de la
indagación bibliográfica.
-
Informe de
las actividades en el Aula-laboratorio.
Evaluación del
Semestre:
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Entropía, concepto relacionado con la irreversibilidad.
El concepto de temperatura está
comprendido en la ley cero de la termodinámica y el de energía interna en la
primera ley. Tanto la temperatura como la energía interna son funciones de estado.
Es decir se pueden utilizar para describir el estado de un sistema. Otra función
de estado, relacionada con la segunda ley de la termodinámica, es la función entropía.
En termodinámica, la entropía
(simbolizada como S) es la magnitud física que mide la parte de la energía que
no puede utilizarse para producir trabajo. Es una función de estado de carácter
extensivo y su valor, en un sistema aislado, crece en el transcurso de un
proceso que se dé de forma natural. La entropía describe lo irreversible de los
sistemas termodinámicos.
En termodinámica, el concepto de
irreversibilidad se aplica a aquellos procesos que, como la entropía, no son
reversibles en el tiempo. Desde esta perspectiva termodinámica, todos los
procesos naturales son irreversibles. El fenómeno de la irreversibilidad
resulta del hecho de que si un sistema termodinámico de moléculas interactivas
es trasladado de un estado termodinámico a otro, ello dará como resultado que
la configuración o distribución de átomos y moléculas en el seno de dicho
sistema variará.
Cierta cantidad de "energía
de transformación" se activará cuando las moléculas del "cuerpo de
trabajo" interaccionen entre sí al cambiar de un estado a otro. Durante
esta transformación, habrá cierta pérdida o disipación de energía calorífica,
atribuible al rozamiento intermolecular y a las colisiones.
Lo importante es que dicha
energía no será recuperable si el proceso se invierte.
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Semana15
jueves
SESIÓN
44
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Entropía e irreversibilidad energética
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contenido temático
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Entropía e
irreversibilidad energética
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Aprendizajes
esperados del grupo
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Conceptuales
Procedimentales
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: procesador de palabras.
Didáctico:
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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 les plantea la siguiente pregunta:
¿Por qué no es posible aprovechar toda la energía en
un sistema térmico?
El Profesor solicita a los alumnos que presenten resultados, empleando la técnica
seleccionada.
FASE DE
DESARROLLO
http://www.taringa.net/posts/info/9140414/experimento-parece-violar-la-entropia.html
http://www.youtube.com/watch?NR=1&v=h1JkZR0Ibdc
http://www.youtube.com/watch?v=rkSRsTilmdk&feature=related
ejemplo
Vamos a imaginar que tenemos una caja con tres
divisiones; dentro de la caja y en cada división se encuentran tres tipos diferentes de canicas:
azules, amarillas y rojas, respectivamente. Las divisiones son movibles así
que me decido a quitar la primera de ellas, la que separa a las canicas
azules de las amarillas. Lo que estoy haciendo dentro del punto de vista de la entropía es quitar un grado o índice de
restricción a mi sistema; antes de que yo quitara la primera división, las
canicas se encontraban separadas y ordenadas en colores: en la primera división las azules, en la
segunda las amarillas y en la tercera las rojas, estaban restringidas a un
cierto orden.
Al quitar la segunda división, estoy quitando
también otro grado de restricción. Las canicas se han mezclados unas con
otras de tal manera que ahora no las puedo tener ordenas pues las barreras
que les restringían han sido quitadas.
La entropía de este sistema ha aumentado al ir
quitando las restricciones pues inicialmente había un orden establecido y al
final del proceso (el proceso este
caso el quitar las divisiones de la caja) no existe orden alguno dentro de la
caja.
La entropía es en este caso una medida del
orden (o desorden) de un sistema o de la falta de grados de restricción; la
manera de utilizarla es medirla en nuestro sistema inicial, es decir, antes
de remover alguna restricción, y volverla a medir al final del proceso que
sufrió el sistema.
El
concepto de entropía fue introducido por primera vez por R. J. Clausius a
mediados del siglo XIX. Clausius, ingeniero francés, también formuló un
principio para la Segunda ley: "No es posible proceso alguno cuyo
único resultado sea la transferencia de calor desde un cuerpo frío a otro más
caliente”. En base a este principio, Clausius introdujo el concepto de
entropía, la cual es una medición de la
cantidad de restricciones que existen para que un proceso se lleve a cabo y
nos determina también la dirección de dicho
proceso.
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 entropía
e irreversibilidad energética.
Revisa el trabajo a cada alumno y lo registra en el Blog..
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 ahora la recapitulación de éstos mismos…
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Semana15
viernes
SESIÓN
45
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Recapitulación 15
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contenido temático
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2ª. Ley de la
termodinámica, irreversibilidad, entropía.
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Aprendizajes
esperados del grupo
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Conceptuales:
Procedimentales
Actitudinales
·
Confianza,
colaboración, cooperación, responsabilidad respeto y tolerancia.
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Materiales
generales
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De proyección:
-
Pizarrón,
gis, borrador
-
Proyector de
acetatos
De computo:
-
PC, y
proyector tipo cañón
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Programas: Excel, Word, Power Point.
Didáctico:
-
Resumen
escrito, en Word, acetatos o Power
Point.
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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.
1. ¿Qué temas se abordaron?
2. ¿Que
aprendí?
3. ¿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 Termodinámica. Revisa el trabajo a cada alumno y lo registra en la lista del
Blog.
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 15
18, 20, 21-11-2014
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