APLICACIONES DE PROPIEDADES DE LA MATERIA cuestionario inicial practica 5

Vista previa del material en texto

Universidad Nacional Autónoma de México
Facultad de Estudios Superiores
Plantel Aragón
INGENIERIA INDUSTRIAL
LABORATORIO “APLICACIONES DE PROPIEDADES DE LA MATERIA”
CUESTIONARIO INICIAL PRACTICA 5
TEMA: LA PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA.
SUBTEMA: CAPAEL BALANCE DE MASA EN SISTEMAS
ABIERTOS, ECUACIÓN DE CONTINUIDAD,
PRINCIPIOS DEL BALANCE DE ENERGÍA.
GRUPO:8027
NOMBRE DEL PROFESOR: VELAZQUEZ VELAZQUEZ DAMASO
NOMBRE DEL ALUMNO: CORTES HERNANDEZ RICARDO 
FECHA DE ENTREGA: 11 DE NOVIMEBRE DEL 2020
1. ¿Qué estudia la termodinámica?
La Termodinámica permite estudiar los procesos de intercambio de masa y energía térmica entre sistemas térmicos diferentes. Para tener un mayor manejo se especifica que calor significa "energía en tránsito" y dinámica se refiere al "movimiento", por lo que, en esencia, la termodinámica estudia la circulación de la energía y cómo la energía infunde movimiento. Históricamente, la termodinámica se desarrolló a partir de la necesidad de aumentar la eficiencia de las primeras máquinas de vapor.
2. ¿Qué es un sistema termodinámico?
Un sistema termodinámico (también denominado sustancia de trabajo) se define como la parte del universo objeto de estudio. Un sistema termodinámico puede ser una célula, una persona, el vapor de una máquina de vapor, la mezcla de gasolina y aire en un motor térmico, la atmósfera terrestre, etc.
3. ¿Qué es un proceso adiabático?
En termodinámica se designa como proceso adiabático a aquél en el cual el sistema (generalmente, un fluido que realiza un trabajo) no intercambia calor con su entorno. Un proceso adiabático que es además reversible se conoce como proceso isentrópico.
4. ¿Qué es una pared diatérmica?
Es aquella que permite libremente el flujo del calor entre el sistema y los alrededores.
5. ¿Qué es la energía?
En definitiva, la energía es la capacidad de realizar cambios o trabajo. Se puede presentar en la naturaleza de diferentes formas o tipos, siendo las principales: térmica o calorífica, mecánica, química, eléctrica, nuclear, magnética, electromagnética, del sonido, de los seres vivos o metabólica y la energía iónica.
6. ¿Qué es la energía interna, la energía cinética y la energía potencial?
Está en una escala separada de la energía macroscópica ordenada, que se asocia con los objetos en movimiento. Se refiere a la energía microscópica invisible de la escala atómica y molecular. Por ejemplo, un vaso de agua a temperatura ambiente sobre una mesa, no tiene energía aparente, ya sea potencial o cinética.
La energía cinética es una forma de energía, conocida como energía de movimiento. La energía cinética de un objeto es aquella que se produce a causa de sus movimientos que depende de la masa y velocidad del mismo. La energía cinética suele abreviarse con las letras "Ec" o "Ek".
La energía potencial es uno de los dos tipos principales de energía, y es la energía que almacena un objeto y que depende de su posición con respecto a otros objetos, o de que exista un campo de fuerzas dentro de él, además de otros factores
7. ¿Cuáles son los tipos de trabajo termodinámico?
Trabajo debido al peso
Si un cuerpo se mueve por acción de la gravedad, sobre él actúa una fuerza de valor mg, por lo que se realiza el trabajo
Trabajo eléctrico
Cuando tenemos un dispositivo, como una resistencia eléctrica, entre cuyos extremos existe una diferencia de potencial  y por el cual pasa una carga dQ, se realiza un trabajo sobre el sistema
La cantidad de carga que pasa por un elemento de circuito en un tiempo dt se puede obtener a partir de la intensidad de corriente
En el caso particular de una resistencia eléctrica, se verifica la ley de Ohm,
Trabajo de rotación
La mayoría de los motores funcionan mediante un eje rotatorio. En este caso, el trabajo realizado es proporcional al ángulo girado
siendo M la componente del momento de las fuerzas en la dirección del eje de giro. Si conocemos la velocidad angular con la que gira al eje podemos sustituir el ángulo girado
Trabajo sobre una superficie
Cuando una superficie (como una lámina de goma o una pompa de jabón) se estira o contrae, se realiza trabajo sobre ella, de manera análoga al caso de la compresión de un volumen. La expresión correspondiente para el trabajo es
siendo σ una propiedad del sistema conocida como tensión superficial, análoga a la presión.
8. ¿Cuál es el postulado de la primera ley de la termodinámica?
Ley de Conservación de Energía - establece que la energía se puede convertir de una forma a otra (o ser transferida), pero no se puede crear ni destruir. La energía del universo es constante. La energía puede ser transferida en forma de trabajo, (método de transferencia de energía de un sistema mecánico a otro) o en forma de calor, (debido a cambios en temperatura).
9. ¿Qué es el trabajo de flujo?
Es el trabajo desarrollado por el fluido, para desplazarse por el sistema, debido a la conservación de la energía se debe cumplir que las energías de ingreso deben ser iguales a las de salida.
10.¿Cuál es el modelo matemático de la primera ley de la termodinámica?
La ecuación general de la conservación de la energía es la siguiente:
Que aplicada a la termodinámica teniendo en cuenta el criterio de signos termodinámico, queda de la forma:
Donde U es la energía interna del sistema (aislado), Q es la cantidad de calor aportado al sistema y W es el trabajo realizado por el sistema. Esta última expresión es igual de frecuente encontrarla en la forma ∆U = Q + W.
11. Dar dos ejemplos de un sistema cerrado y dos ejemplos de un sistema abierto.
1.-El cuerpo humano. Al estar necesitado de materia para obtener energía, el cuerpo es un sistema abierto que requiere del intercambio con el ambiente de insumos orgánicos e inorgánicos y de energía para su funcionamiento.
2.- Una olla de agua hirviendo. La energía introducida al sistema por el fuego transforma el agua en gas, que es liberado al ambiente.
3.- Una botella de agua fría expuesta a temperatura ambiente. Al estar cerrada la botella, la transferencia de materia entre el sistema y el entorno es imposible: no puede entrar ni salir líquido. Sin embargo, es posible intercambiar energía: el agua se irá calentando gradualmente.
4.- Un termómetro. Ya que está cerrado herméticamente, el contenido de un termómetro no varía jamás, pero sí reacciona de acuerdo a la temperatura que percibe, es decir, es sensible a la entrada de calor (energía).
12. Haga dos dibujos de sistemas marcando claramente sus fronteras o límites.
 
13. Realice un resumen de dos cuartillas acerca de la ecuación de continuidad sobre la siguiente dirección electrónica “clase 1 Teoría: Introducción a la dinámica de fluidos 1.”
http://www.youtube.com/watch?v=IisrIpvtlME&list=PLgeh_RfSoZhKuk_KEevX-L8Wg5SPdt0Ae&index=10
el presente video se habla sobre el tema a la una introducción a la dinámica, vamos a entender por dinámica de fluidos básicamente estudia y describe las leyes que rigen el movimiento de los fluidos y esto es importante describir las leyes cuáles serán esas leyes para poder estudiar la dinámica en movimiento.
Para describir un fluido se hizo un pequeño experimento donde se pueden observar un envase con líquido en este caso agua pasa a través de esta manguera y se une a través de esta aguja como pueden observar acá tengo el fluido que sale de la aguja ahora así como esta no me permite ver como índice las partículas bajo el punto de vista de la mecánica entonces he puesto esta aguja pegada a este parlante para hacerlo vibrar a una cierta frecuencia tal que que iguale a la frecuencia de éste estroboscopio y algo va a pasar quieren ver observen ahí la trayectoria de esta línea de corriente y ahora si se puede lograr ver ustedes observan pequeñas gotitas en esta trayectoria o en esta línea de corriente y es ahora que hemos confirmado ese pequeño chorrito de agua donde hemos tratado de visualizar gracias a la luz estroboscópica de alguna frecuencia en el parlante los que observaron ahí fue un montón de gotitas siguiendo una línea de corriente entonces por ahí empecemos una descripcióno sea me voy a imaginar acaso en el laboratorio cabal estoy viendo tocamos de amar como una línea de corriente en esta línea de corriente básicamente hay dos tratamientos en la matemática conoce debe a la gran es por ejemplo donde básicamente podemos considerar a esta línea de corriente como un montón de partículas de poner unas gotitas pequeñas que vimos todo ese montón de gotitas viajan sobre una línea de corriente qué sería tratar de describir como esta pequeña gotita o partícula que conforma esta línea de corriente se mueve en todo este fluido tratando de entender sus leyes de por qué se mueve cómo lo hace también está el método de Euler donde él considera ya no una partícula sino que básicamente un punto en un espacio y entonces en este punto en el espacio digámoslo así las magnitudes físicas que van a describir las leyes del movimiento entre ellas estar por ejemplo la densidad donde la densidad básicamente una función de la posición y del tiempo o sea la posición r obviamente la posición de r también puede ser descrita y así otra magnitud importante de la presión que también escrita, otra magnitud de interés es la velocidad sé también bazares que ser cristo y así como pueden ustedes observar yo puedo agarrar como el método de Euler un punto en el espacio en un tiempo de edad y conocer en este punto en el espacio en este punto.
Para entender mejor este concepto podemos imaginar que viene en todo un montón de partículas viajando hacia casa y entonces en un tiempo, cada vez que una partícula pasa por acá tiene diferente rapidez porque va a depender del tiempo lo que no queremos que depende del tiempo eso significa que sea un fluído estacional muy bien entonces a todo esto al mismo lo que es la ecuación de continuidad una de las ecuaciones de interés es llamada ecuación de continuidad digamos qué significa esto imaginémonos ahora un tubo de corriente por ese tubo de corriente obviamente pasan las líneas de corriente etcétera ahí va una línea de corriente en principio la línea de corriente no t debe de cruzar y no tendríamos para un punto dado en el espacio dos diferentes valores cosas que no puede ser ahora imaginemos que obviamente acaba el flujo por una manguera porque quieres de luz y también aplicado a la medicina puede ser por una vena tantas cosas que se pueden hacer entonces imaginemos que va a una porción de excluido viajando por ese tubo de corriente imagínate acá que pasa cierta porción de fluido entonces dice que el espacio es igual a la rapidez por el tiempo entonces en vez de poner intenta f1 voy a poner de 1 por defecto y en vez de poner el delta y se lo voy a poner pero por diferencia de tiempo infinitesimal de distancia es igual a la rapidez en ese punto de la partícula en este diferencial de tiempo que tarda de ir de aquí para acá hoy aquí para acá ahora uniendo las partes tengo una variación infinitesimal de masa y para acá va a ser igual a la densidad en el punto 1 a la área 1 con la rapidez en el punto 1 con diferencia de tiempo de esta manera puedo decir que la razón de cambio de la masa por unidad de tiempo en el tubo de corriente no es más que la densidad del punto 1 el área del punto 1 con la rapidez de en el punto 1 de igual manera puedo decir que una variación infinitesimal de masa en el punto 2 vasca viene siendo igual a la densidad del punto 2 el área del punto 2 la rapidez en el punto 2 por una variación infinito y mal de tiempo que le llevó a la partícula ir de aquí para acá ahora explica que la razón de cambio del amata en el punto 2 por unidad de tiempo no es más que la densidad en el punto 2 el área en el punto 2 y la rapidez en el punto 2 básicamente acá tenemos entonces los ritmos de cómo está cambiando la masa por unidad de tiempo en el tubo de corriente si tenemos una razón de cambio de la masa por unidad de tiempo tanto en la entrada en la salida pero hay un punto importante como no hay entrada afectas de agua por salida de agua quiere decir en principio que hay una conservación o sea que la razón de cambio de la masa uno por unidad de tiempo tiene que ser exactamente igual en el punto 2 hemos de decir que esta cantidad se deben conservar por lo tanto y trato cantidades han de ser iguales y decidimos entonces qué la densidad en el punto 1 por el área 1 son las recibidas en el punto euro tiene que ser igual a las entidades punto 2 por el área 2 de la rapidez en el punto 2 pero resulta hacer que la simplificación del problema es que el fluido es incomprensible o sea que la necesidad es una constante por lo tanto la densidad del punto 1 es igual a la densidad del punto o simplemente. perpendicular por unidad de área claro que yo no tenía la parte perpendicular yo todo lo que decía mírala fíjate que la fuerza es perpendicular pero la presión es un número pero la fuerza es un vector entonces la manera de solventar el problema era poner a ponerlo así la fuerza la fuerza neta producto punto un vector normal a la superficie dividido el área entonces date cuenta que acá el vector con la operación producto punto se vuelve un número en este caso es un número que es una componente una componente que es perpendicular al área dividido el tamaño del área entonces ahí te puedes dar cuenta porque la presión de este un número aunque esté definida por un vector por decir a esto que exactamente lo que está pasando acá ya te das cuenta como con cantidades vectoriales se arman cantidades escalares en este campo el capital es una cantidad escalar y sólo para terminar tenemos en las unidades del caudal son área con metros cuadrados por la velocidad que es metros por unidad de segundos observa que el caudal tiene canales de metro cúbico por unidad de segundo y por cierto esto va a ser muy interesante porque si mantiene unidades de metro cubico por unidad de segundo fíjate que yo puedo escribir bien esto que el caudal es igual al volumen y recipiente por unidad de tiempo y tengo esta expresión que me define el trago tal como el volumen por unidad de tiempo ahí tenemos entonces lo que el caudal y lo que es la ecuación de continuidad
14. Describa en dos cuartillas de la siguiente dirección electrónica, la solución del problema del tubo Venturi (ya que es semejante a lo que realizamos en esta práctica) “clase 6: tubo de Venturi”
http://www.youtube.com/watch?v=wBP18ghl6NM&feature=slpl
Se introdujo aire para saber la diferencia de altura 
Se calculo v1 y v2 para saber la presión del flujo del agua Que dio 1.5m/s
Se calculo la velocidad del agua en la parte angosta del tubo y nos dimos cuenta que es diferente que la parte ancha.
Se calculo la diferencia de presiones de p1 (parte ancha) y p2 (parte angosta) y nos damos cuenta de que sale 16875 pascales
Se calculo la diferencia de alturas h de la columna de mercurio 
Finamente nos da el resultado de las diferencias de alturas de h que es de 14 cm respectivamente 
15. ¿Cuál es el principio del Dr. Mayer?
Se dice que el principio de la conservación de la energía, que es uno de los principios más generales de la física, fue establecido por “dos médicos y un cervecero”. Uno de los médicos fue Julius Robert Mayer, quien lo enuncia por primera vez en 1842. Sus observaciones están asociadas al color de la sangre y al contenido de oxígeno de la misma. Su trabajo de investigación es rechazado por los científicos alemanes de su época, por lo que el malestar asociado hace que por un tiempo deba estar en un hospital psiquiátrico. Los trabajos de James Prescott Joule (el cervecero) le dan una base experimental al principio (1843), ya que encuentra el equivalente mecánico del calor y realiza mediciones precisas del calor generado por una corriente eléctrica.
16. ¿Qué es una máquina térmica?
Una máquina térmica es un conjunto de elementos mecánicos que permite intercambiar energía, generalmente a través de un eje, mediante la variación de energía de un fluido que varía su densidad significativamente al atravesar la máquina. Se trata de una máquina de fluido en la que varía el volumen específico del fluido en tal magnitud que los efectosmecánicos y los efectos térmicos son interdependientes.
17. ¿Qué es una maquina hidráulica?
Una Máquina hidráulica es una variedad de máquina de fluido que emplea para su funcionamiento las propiedades de un fluido incompresible o que se comporta como tal, debido a que su densidad en el interior del sistema no sufre variaciones importantes. Convencionalmente se especifica para los gases un límite de 100 bar para el cambio de presión; de modo que si éste es inferior, la máquina puede considerarse hidráulica. Dentro de las máquinas hidráulicas el fluido experimenta un proceso adiabático, es decir no existe intercambio de calor con el entorno.
Fuentes de consulta.
https://www.fisicalab.com/apartado/primer-principio-termo
https://es.khanacademy.org/science/physics/thermodynamics/laws-of-thermodynamics/a/what-is-the-first-law-of-thermodynamics
https://www.fisicalab.com/apartado/calor
https://astronomia.fandom.com/wiki/Principio_de_Bernoulli
http://www2.montes.upm.es/dptos/digfa/cfisica/termo2p/maquinas.html
https://modosdefuncionamientodelasmaquinas.wordpress.com/2017/09/11/ejemplos-de-maquinas-hidraulicas/