ETER1_U2_EA_SEMB - Sergio Marquez Barrios

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Termodinámica 1 
ER-ETER1-1802-B2-002 
 
Edgar Daniel de la Rosa Lagunas 
 
Unidad 2 
Primera ley de la termodinámica 
 
Evidencia de aprendizaje 
Escalando el Popo: elección de modelos 
 
SERGIO ADRIÁN MÁRQUEZ BARRIOS 
ES172011571 
Noviembre, 2018 
 
 
 
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Describe los sistemas termodinámicos que se presenten en la imagen de acuerdo 
con la Ley cero y Primera Ley de la termodinámica: 
 
 
 
Condición física 
La condición física es el estado de la capacidad de rendimiento psico-física de una 
persona en un momento dado. Se manifiesta como capacidad de fuerza, velocidad, 
resistencia y flexibilidad. Influyen en ella los procesos energéticos del organismo y 
las características psíquicas precisas para el cometido que se le asigne a dicha 
condición. La condición física (fuerza) será en el rendimiento, resistencia y capacidad 
que tenga la persona para aplicarla al escalar la montaña, la velocidad: esta nos 
determinará el tiempo que se tarde en subir la montaña 
Cambios climáticos 
A la temperatura corporal (constante), muchas reacciones o sistemas del organismo 
humano pueden alcanzar un estado de equilibrio químico, el que debido a que las 
velocidades de los procesos directo e inverso de la reacción se igualan (lo que 
supone reversibilidad), logra alcanzar una relación constante entre las 
concentraciones y/o presiones de productos y reaccionantes (cociente de reacción). 
Esta relación invariable a dicha temperatura entre productos y reaccionantes, se 
 
 
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conoce como constante de equilibrio (K). Estado de equilibrio, que puede ser 
modificado (o perdido) si son modificados ciertos parámetros del sistema 
(concentraciones de sustancias, presiones parciales, temperatura, etc.) bajo fuerzas 
externas. Los seres vivos son sistemas abiertos que intercambian materia y energía 
con el ambiente. Cuando en un ser vivo ocurre un proceso determinado, la energía 
que se pierde o se disipa es igual a la que gana el ambiente. En este aspecto 
relacionaremos los cambios de clima con la capacidad de resistencia del escalador 
para absorber los cambios climatológicos a diferentes alturas de la montaña. En 
climatología el uso de modelos es imprescindible para hacer pronósticos 
meteorológicos y para intentar prever las consecuencias de los posibles cambios 
climáticos a medio y largo plazo. El problema está en que la realidad es tan compleja 
que ni aun usando los más potentes ordenadores se puede reproducir con fidelidad. 
Ley cero de la termodinámica 
La temperatura es una de las variables termodinámicas que se requiere medir, lo 
cual se hace por medio de los instrumentos conocidos como termómetros, cuyo 
funcionamiento se basa en el cambio de alguna propiedad física, como la longitud, 
el volumen, la resistencia eléctrica o el color. En este caso usamos la medición de 
las temperaturas para identificar los grados a la intemperie en los que se esta, al 
momento de estar a Cierta altura del popo ya que el clima y las condiciones del 
volcán cambian a diferentes alturas del popo. 
Equilibrio térmico 
Se dice que los cuerpos en contacto térmico se encuentran en equilibrio 
térmico cuando no existe flujo de calor de uno hacia el otro 
Análisis térmico-curvo de enfriamiento 
Se denominan análisis térmicos al estudio de la variación de la temperatura de un 
metal o aleación mediante su calentamiento o enfriamiento Con cantidades de calor 
 
 
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constante por unidad de tiempo tenemos una elevación continua de temperatura, 
siempre que este no sufra ninguna transformación. 
Ley de los gases ideales 
El estudio de los gases es importante, entre otras razones porque vivimos 
inmersos en un gas ¿cuál es ese gas?, efectivamente, es la atmósfera; ésta se 
extiende a muchos kilómetros por encima de la superficie de la Tierra, no tiene 
una superficie definida, como el agua de los océanos, y su densidad es variable, ya 
que disminuye con la altura. El fin de conocer estos datos es para saber la variación 
de gas en diferentes alturas de la montaña y también el tipo de gas que está 
produciendo el volcán al momento de escalarlo. 
Trabajo respiratorio: 
Esta parte ayudara al escalador a tener cuidado y evitar daños a su salud en cuestión 
de presión, respiración y ritmo cardiaco Los cambios de volumen y presión en la caja 
torácica pueden medirse en términos de trabajo 
Este trabajo representa el 4 % de la energía que se consume. 
Ley de Boyle: 
El volumen de un gas es inversamente proporcional a su presión: 
P α 1/V. 
Las variaciones del volumen de la caja torácica hacen que las presiones cambien 
permitiendo la entrada o salida de aire. 
Ley de Charles: 
El volumen ocupado por un gas es proporcional a la temperatura absoluta (Vα T): en 
la inspiración se expande el volumen del aire por calentamiento al paso por las 
mucosas. 
 
 
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“Todo lo anterior va enfocado a la presión, temperatura, densidad del aire, 
velocidad, dirección del viento, masa, volumen”. 
 
Utiliza la primera ley de la termodinámica para resolver e interpretar los sistemas 
termodinámicos que se plantearon en el problema de la evidencia de la unidad 1. 
 
Una botella de 3 ft3 contiene bióxido de carbono, una presión absoluta de 250 psig 
y una temperatura de 120°F. Calcula la masa del gas. 
 
� = ��� (�� − ��) 
 
Con esta fórmula, una vez calculada la masa del gas, se puede calcular el trabajo 
que se realiza en el interior de la botella. 
 
En un lago a 30 metros de profundidad se tiene una burbuja de 2.5 cm3 de volumen, 
la burbuja sube hasta llegar a la superficie del lago donde se tiene una presión 
atmosférica de 1 Atm la temperatura del lago es la misma en todo el lago: 
 
¿Cuál es la presión del gas en la burbuja a 30 metros de profundidad? 
¿Qué Ley de los gases vistos en la unidad explica que proceso consideras que es? 
¿Cuál es el volumen de la burbuja en la superficie? 
 
� = � = �� ; �� = �� �
��
��
� ; 
Considerando que la temperatura es constante y a temperatura ambiente se puede 
calcular el trabajo realizado en el interior de la burbuja. 
 
Un tanque de 30 litros contiene nitrógeno diatómico a 20°C y a 3 atm, si se abre la 
válvula de control hasta que la presión en el tanque disminuye a 2.4 atm. ¿Calcula 
cuanto gas escapo en gramos? 
 
� = � = ��; � = ��� (�� − ��) 
 
Considerando que la temperatura es constante y con los datos específicos del 
nitrógeno (calor especifico y la masa) puede calcularse el trabajo realizado por el 
gas que se escapa del cilindro 
 
 
 
 
 
 
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Resuelve solo cinco (5) de los siguientes ejercicios y reporta la solución de 
acuerdo a lo siguiente: 
 
 Datos 
 Modelo matemático 
 Procedimiento de solución 
 Resultado 
 
 ¿Qué cantidad de calor se requiere para cambiar la temperatura de 200g de 
plomo de 20 a 100°C? 
 
m = 200 g = 0.02 kg 
Cp = 0.019 Kcal/kg.C 
T1 = 20 ℃ 
T2 = 100 ℃ 
� = ��� (�� − ��) = 0.02 �� ∗ 0.019
����
��. ℃
 (100 ℃ − 20℃) = 0.0304 ���� = 30.4 ���. 
Un horno aplica 400 KJ de calor a 4 kg de una substancia, haciendo que su 
temperatura se eleve en 80°C. ¿Cuál es la capacidad calorífica? 
 
Q = 400 kj = 400000 j 
T = 80 ℃ 
m = 4 kg 
� =
�
�.∆�
= 
������ �
� ��.�� ℃
 = 1250 
�
 ��.℃
 
 
El motor de una cegadora de césped funciona a un régimen de 3KW. ¿Qué 
cantidad equivalente de calor se generará en 1 h? 
 
P = 3 kw = 3000 w 
T = 1 h = 3600 seg 
 
� = � = �� ∴ � =
�
�
 ∴ 3000 = 
�
����
 ∴ � = 10800000 � ∗ � = 10800000 � = 10.8 �� 
 
 Un tubo de cobre de 400 g que se encuentra inicialmente a 200°C se 
sumerge en un recipiente que contiene 300 kg de agua a 20°C. Pasando 
por alto otros intercambios de calor, ¿cuál es la temperatura de equilibrio de 
la mezcla? 
 
 
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mcu = 400 g 
Ccu = 0.093 cal/g.C = 0.093 kcal/kg.C 
���� = 300 kg = 300000 g 
���� = 1 cal/g.C 
T1 = 200 ℃ 
 
� = ��� (�� − ��) 
 
������ ���− ���� =− �������� ��� − ����� ∴ 
 400 (0.093)��� − 200� =-300000 (1)��� − 20� ∴ 
37.2 (�� − 200) = -300000 ��� − 20� = 
37.2 �� – 7440= -300000 �� + 6000000 = 
300037.2 �� = 6007440 
�� = 6007440/300037.2 = 20.02 ℃ 
 
 
 Un trabajador saca un trozo de hierro de 2 kg de un horno y lo coloca en un 
reciente de aluminio de 1 kg, que se ha llenado parcialmente con 2 kg de 
agua, si la temperatura del agua sube de 21 a 50°C, ¿cuál era la 
temperatura inicial del horno? 
 
mfe = 2 kg = 2000 g 
Cfe = 0.113 cal/g.C 
��� = 1 �� = 1000 g 
��� = 0.22 cal/g.C 
T1Al = 21 ℃ 
���� = 2 kg = 2000 g 
���� = 1 cal/g.C 
����� = 21 ℃ 
����� = 50 ℃ 
 
� = ��� (�� − ��) 
 
������ (�� − ����) =�������� ��� − ������ − ������ ��� − ����� 
 
 
 
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���� =
�������� ���������� � ������ ���������
������ 
 + �� = 
���� (�)(�����)����� (�.��)(�����)
����∗�.���
 +50 = 
292.03 ℃ 
 
 En un proceso químico industrial, a un sistema se le proporcionan 600 J de 
calor, y 200 J de trabajo son realizados por dicho sistema, ¿cuál es el 
incremento registrado en la energía interna del sistema? 
 
U1 = 600 J 
U2 = 200 J 
 
∆� = �� − �� = −200 + 600 = 400 � 
 
 En un laboratorio químico, un técnico aplica 340J de energía a un gas, al 
tiempo que el sistema que rodea dicho gas realiza 140 J de trabajo sobre el 
gas, ¿cuál es el cambio en la energía interna? 
 
W = 140 J 
Q = 340 J 
∆� = � − � = 340 + 140 J 
 
 A una presión constante de 101.3 KPa, 1 g de agua (1cm3) se evapora por 
completo y alcanza un volumen final de 1671 cm3 en su forma de vapor. 
¿Qué trabajo ha realizado el sistema contra su entorno?, ¿cuál es el 
incremento de la energía interna? 
 
P = 101.3 Kpa = 101300 N/m2 
V1 = 1 cm3 = 0.001 m3 
V2 = 1671 cm3 = 1.671 m3 
m = 1 g = 0.001 kg 
T1 = 100 ℃ 
Lv = 2260871.99 j/kg 
 
W= P∆� = 101.300 (1.671 –0.001) = 169.171 j 
Q=mLv = 0.001*2260871.99 = 2260.87 j 
∆� = � − � = 2260.87 j - 169.171 j= 2091.69 j 
 
 Un gas se expande isotérmicamente al tiempo que absorbe 4.80 J de calor. 
El pistón tiene una masa de 3 kg. ¿A qué altura se elevará el pistón con 
respecto de su posición inicial? 
 
 
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Q = 4.8 j 
m = 3 kg 
g=9.81 m/s2 
 
h = ∆�/�� = 4.8/(3*9.81) = 0.163 m 
 
 Dos litros de un gas ideal tienen una temperatura de 300K y una presión de 
2 atm. El gas soporta una expansión isobárica mientras su temperatura se 
eleva hasta 500K, ¿Qué trabajo ha realizado el gas? 
 
V1 = 2 lt = 0.002 m3 
T1 = 300 ⁰K 
P = 2 atm = 202650 N/m2 
T2 = 500 ⁰K 
 
�� = �� �
��
��
� = 500 �
�
���
� = 3.33 �� = 0.0033 m3 
∆� = � ( �� − ��) = 202650 (0.0033 −0.002) =263.445 n/m = 263.445 J 
 
Bibliografía 
https://unadmexico.blackboard.com/. (2018). Obtenido de Unidad 2. Primera ley de 
la termodinámica: 
https://unadmexico.blackboard.com/bbcswebdav/institution/DCSBA/Bloque%202/T
A/02/TTER/U2/Unidad2.Primeraleydelatermodinamica.pdf 
Linares, C. G. (s.f.). http://www.fisica.ru. Obtenido de 1° Ley de la Termodinámica 
aplicada a Volumenes de Control: 
http://www.fisica.ru/dfmg/teacher/archivos/Tema_5_1_Ley_para_Volumenes
_de_Control_TERMO_1.pdf 
Mandal, A. (23 de 08 de 2018). http://www.news-medical.net/. Obtenido de 
Termodinamica-en-Del-Ejercicio-Fisico:: http://www.news-
medical.net/health/Metabolism-Thermodynamics-(Spanish).aspx 
MyBB. (24 de 11 de 2008). http://rojointenso.net/. Obtenido de termodinamica y 
cuerpo humano: http://rojointenso.net/mybb/showthread.php?tid=6120