GUIA-2_TRABAJO-Y-TERMODINAMICA_FÍSICA_9_P2

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I.E SEMILLA DE LA ESPERANZA 
Resolución de aprobación No. 1796 de septiembre 4 de 2002 
Código DANE 276520005248 NIT. 815004247-7 
 
 
 
Código: GAC-DC-O220 
Versión: 01 
Fecha: mayo-2020 
 
EL TRABAJO - TERMODINAMICA 
GUIA DE APRENDIZAJE No. 2 
 
Nombre del estudiante: 
Docente: Asignatura: Física Grado: 9° 
Período: Segundo Inicias: 17/08/2021 Termina: 17/09/2021 
Temas: El Trabajo y La Termodinámica 
Objetivo de Aprendizaje: 
 Entender el concepto de trabajo y su relación con el calor. 
 Conocer los principios básicos de la termodinámica. 
 
 
 
 
 
INTRODUCCIÓN 
La energía es una palabra que suele utilizarse mucho en la vida cotidiana. Aunque a menudo se usa 
de manera ambigua, tiene un significado físico muy específico. 
 
La energía es una medida de la capacidad de algo para producir trabajo. No es una sustancia 
material, y puede almacenarse y medirse de muchas formas. 
 
Aunque solemos escuchar a las personas hablar del consumo de energía, esta nunca se destruye 
realmente: tan solo se transfiere de una forma a otra, y realiza un trabajo en el proceso. Algunas formas 
de energía son menos útiles para nosotros que otras (por ejemplo, la energía calorífica de bajo nivel). 
Es mejor hablar del consumo o la extracción de recursos energéticos (como el carbón, el petróleo o el 
viento) que hablar del consumo de energía en sí mismo. 
 Una bala que se mueve a gran velocidad tiene asociada una cantidad medible de energía, 
conocida como energía cinética. La bala adquiere esta energía por el trabajo que hizo sobre ella 
una carga de pólvora que a su vez perdió algún tipo de energía potencial química en el proceso. 
 Una taza de café caliente tiene una cantidad medible de energía térmica, que adquirió por el 
trabajo que realizó sobre ella un horno de microondas, que a su vez tomó la energía de la red 
eléctrica. 
 
En la practica, siempre que se realice un trabajo para convertir energía de una forma a otra, hay alguna 
pérdida en otras formas de energía, como el calor o el sonido. Por ejemplo, un foco tradicional es 
capaz de convertir energía eléctrica en luz visible con tan solo un 3% de eficiencia, mientras que un 
ser humano es aproximadamente un 25% eficiente para convertir en trabajo la energía química que 
extrae de los alimentos que consume. 
La siguiente guía de actividades busca activar los conocimientos adquiridos para el segundo periodo. Debe 
leer y comprender los conceptos básicos y los ejemplos de cada tema, realice un resumen o síntesis y resuelva 
las actividades en su cuaderno, recuerde que siempre deben aparecer los procedimientos que aplico para 
resolver los ejercicios. La guía se trabajará durante 4 semanas y en cada semana se deberá enviar cada una 
de las actividades propuestas, según la fecha establecida. 
 
 
 
 
 
 
 
I.E SEMILLA DE LA ESPERANZA 
Resolución de aprobación No. 1796 de septiembre 4 de 2002 
Código DANE 276520005248 NIT. 815004247-7 
 
 
 
Código: GAC-DC-O220 
Versión: 01 
Fecha: mayo-2020 
 
¿QUÉ SABES? 
 
 
El calor no es más que una forma de denominar a los aumentos y pérdidas de energía térmica. El 
calor puede provenir de una conversión de una energía en otra. 
El calor es la variación de la energía térmica de un cuerpo. 
Por lo tanto, el calor no es una magnitud independiente que se pueda “almacenar” en los cuerpos. La 
magnitud que aumenta o disminuye en un cuerpo es su energía térmica y estas variaciones se 
reflejarán en la variación de la temperatura. 
 
La palabra energía deriva del griego ένέργεια que significa eficacia, poder, actividad, operación, fuerza 
de acción o fuerza trabajando. Se trata de un término que tiene diversas acepciones y definiciones, 
todas ellas relacionadas con la idea de una capacidad para obrar, transformar o poner en movimiento. 
 
En física la noción de energía se introduce para facilitar el estudio de los sistemas materiales. La 
naturaleza es esencialmente dinámica; es decir, está sujeta a cambios: cambios de posición, de 
velocidad, de composición o cambios de estado físico, por ejemplo. Pues bien, existe algo que subyace 
a los cambios materiales y que indefectiblemente los acompaña; ese algo constituye lo que se entiende 
por energía. 
 
La energía es una propiedad o atributo de todo cuerpo o sistema material en virtud de la cual éstos 
pueden transformarse modificando su situación o estado, así como actuar sobre otros originando en 
ellos procesos de transformación. Sin energía, ningún proceso físico, químico o biológico sería posible. 
Dicho en otros términos, todos los cambios materiales están asociados con una cierta cantidad de 
energía que se pone en juego, se cede o se recibe. 
 
Las sociedades industrializadas como la nuestra se caracterizan por su intensa actividad 
transformadora de los productos naturales, de las materias primas y de sus derivados. Para ello 
requieren grandes cantidades de energía, por lo que su costo y su disponibilidad constituyen 
cuestiones esenciales. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
I.E SEMILLA DE LA ESPERANZA 
Resolución de aprobación No. 1796 de septiembre 4 de 2002 
Código DANE 276520005248 NIT. 815004247-7 
 
 
 
Código: GAC-DC-O220 
Versión: 01 
Fecha: mayo-2020 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
I.E SEMILLA DE LA ESPERANZA 
Resolución de aprobación No. 1796 de septiembre 4 de 2002 
Código DANE 276520005248 NIT. 815004247-7 
 
 
 
Código: GAC-DC-O220 
Versión: 01 
Fecha: mayo-2020 
 
¡OBSERVO, LEO Y APRENDO! 
El trabajo, como el calor, no es una forma de energía, sino un método o procedimiento para transferirla 
entre sistemas; por eso, no puede hablarse del trabajo o contenido en un cuerpo. 
 
Un sistema puede transferir energía a otro realizando un trabajo, ejerciendo una za sobre él a lo largo 
de un recorrido. 
 
En el lenguaje corriente, el término trabajo se asocia a esfuerzo muscular y al con siguiente cansancio. 
En física se dice que hay trabajo cuando al aplicar una fuerza se produce un desplazamiento. 
 
El valor del trabajo W realizado por la fuerza F que actúa sobre un cuerpo es igual al pro ducto de la 
fuerza por el desplazamiento de su punto de aplicación, d. 
 
W=F•d 
 
El trabajo es una magnitud escalar, y puede ser: 
 
▪ Positivo o motor. Cuando incrementa la energia del cuerpo 
• Nulo. Cuando la fuerza es perpendicular a la dirección del desplazamiento, como cuando una 
persona empuja una pared. La energía del cuerpo (la pared) no varía. 
 
• Negativo o resistente. Cuando disminuye la energía del cuerpo. Las fuerzas de rozamiento, por 
ejemplo, realizan este tipo de trabajo. 
 
La unidad de trabajo en el sistema internacional de unidades es el julio [J]. 
 
La energía y el trabajo se miden en las mismas unidades. 
 
No tiene sentido hablar del trabajo que tiene un sistema físico; aquel es siempre una medida de la 
energía que se transfiere. 
 
• Si un cuerpo realiza un trabajo es porque transfiere energía a otro. 
• Si se realiza trabajo sobre un cuerpo, este trabajo se invierte en variar la energía del cuerpo 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
I.E SEMILLA DE LA ESPERANZA 
Resolución de aprobación No. 1796 de septiembre 4 de 2002 
Código DANE 276520005248 NIT. 815004247-7 
 
 
 
Código: GAC-DC-O220 
Versión: 01 
Fecha: mayo-2020 
 
Relación entre calor y trabajo 
 
A comienzos del siglo XIX se creía que el calor era un fluido material que pasaba de los cuerpos 
calientes a los fríos. 
 
Benjamin Thompson trató de pesarlo con una balanza muy precisa. 
Después de muchos intentos, afirmó en 1799 que era imposible pesar 
el calor. 
 
Thompson también había observado que los metales se calientan al 
frotarlos y sugirió que esa fuente inagotable de calor no podía ser otra 
cosa que el movimiento de las partículas producido al rozar la 
superficie. 
 
Años más tarde, James Prescott Joule ideó un experimento para 
confirmar esta idea y calcular la cantidad de calor que podía extraerse 
del trabajo mecánico. 
 
 
 
En un recipiente aislado y lleno de agua, montó unas 
paletas que giraban accionadaspor unas pesas al 
caer. Así pudo medir el trabajo que hacían las pesas 
y el calor generado en el agua usando un 
termómetro muy preciso. 
 
Tras muchos experimentos, llegó a la siguiente 
conclusión: 
 
La cantidad de calor producida por la fricción entre cuerpos, sean líquidos o sólidos, siempre es 
proporcional a la cantidad de trabajo mecánico suministrado. 
 
 
 
 
 
 
 
I.E SEMILLA DE LA ESPERANZA 
Resolución de aprobación No. 1796 de septiembre 4 de 2002 
Código DANE 276520005248 NIT. 815004247-7 
 
 
 
Código: GAC-DC-O220 
Versión: 01 
Fecha: mayo-2020 
 
 
Este trabajo se dio a conocer en 1843, pero no fue muy reconocido. En 1850 presentó resultados más 
precisos demostrando definitivamente que el calor y el trabajo son dos procesos equivalentes. 
 
El calor y el trabajo son dos formas de cambiar la energía de un cuerpo. El trabajo se presenta cuando 
hay una fuerza que produce un desplazamiento; el calor se presenta cuando existe diferencia de 
temperatura entre dos cuerpos. 
 
 
La termodinámica estudia las transferencias de energía entre los sistemas físicos y su entorno. Desde 
su punto de vista, estos pueden ser abiertos, cerrados o aislados. 
 
 
El estado de un sistema termodinámico se define por los valores de un conjunto de magnitudes físicas, 
llamadas variables termodinámicas. Estas pueden ser: 
 
• Magnitudes extensivas. Su valor es proporcional a la cantidad 
de materia del sistema. Son ejemplos la masa, el volumen y la 
energía interna. 
 
• Magnitudes intensivas. Su valor 
no depende de la masa del sistema 
termodinámico. Son ejemplos la 
densidad, la presión y la 
temperatura. 
Para estudiar los procesos 
termodinámicos, se utilizan 
ecuaciones en las que se expresan 
valores de trabajo y calor 
intercambiados. 
 
 
 
 
 
 
 
 
I.E SEMILLA DE LA ESPERANZA 
Resolución de aprobación No. 1796 de septiembre 4 de 2002 
Código DANE 276520005248 NIT. 815004247-7 
 
 
 
Código: GAC-DC-O220 
Versión: 01 
Fecha: mayo-2020 
 
Para expresar estos intercambios, actual mente, en termodinámica se usa el denominado criterio 
moderno de signos. Según este criterio, se considera positiva la energía que recibe el sistema 
termodinámico del exterior mediante calor y trabajo, y negativa la que el sistema entrega al exterior. 
 
 Procesos termodinámicos 
 
Cuando se efectúan relaciones entre energía, trabajo y temperatura, hay cambios en un sistema 
termodinámico de un estado inicial a uno final, generando procesos que pueden ser isobáricos, 
isotérmicos, isocóricos, cíclicos y reversibles. 
 
 
 Primer principio de la termodinámica 
 
Se puede transferir energía a un sistema realizando un trabajo sobre él o poniéndolo en contacto con 
otro a distinta temperatura. La energía transferida mediante trabajo y mediante calor se invierte en 
variar la energía cinética y la energía potencial de las partículas del sistema, es decir, en modificar su 
energía interna. 
 
Donde ΔU es la variación de energía interna del sistema, Q es el calor 
transferido y W, el trabajo realizado. En realidad, se trata de una 
reformulación del principio de conservación de la energía, aplicándolo 
a sistemas cerrados. 
 
En innumerables ocasiones se ha puesto a prueba la validez de este 
principio, mediante el diseño teórico o práctico de diversos 
dispositivos cuyo funcionamiento fuera en contra del mismo; sin 
embargo, el primer principio ha resistido todos los intentos históricos 
de negación de su validez. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
I.E SEMILLA DE LA ESPERANZA 
Resolución de aprobación No. 1796 de septiembre 4 de 2002 
Código DANE 276520005248 NIT. 815004247-7 
 
 
 
Código: GAC-DC-O220 
Versión: 01 
Fecha: mayo-2020 
 
 Segundo principio de la termodinámica 
 
Es posible convertir íntegramente la energía 
mecánica en energía térmica, como se 
observa en el caso del trabajo de rozamiento, 
que disipa como calor la mecánica. Sin 
embargo, aunque el primer principio de la 
termodinámica no lo prohíbe, no es posible 
convertir íntegramente la energía térmica en 
mecánica. 
 
 
ACTIVIDADES DE APLICACIÓN Y DEMOSTRACIÓN 
Comprende y explica 
 
1. Una persona de 60 kg sube dos pisos de 3 m de altura cada uno. 
a) Calcula el trabajo realizado. 
b) Si la persona sube 10 kg de peso e intenta hacer el mismo recorrido, ¿qué trabajo realizará? 
 
Explica 
2. Por qué se calientan los frenos de un auto cuando este desciende por una carretera? 
 
3. El transbordador espacial se calienta al entrar en la atmósfera. Explica a qué se debe. ¿Sería buena 
idea mejorar su forma para que no se calentara? 
 
Explica 
 
4. Qué tipo de sistema representa una olla a presión tapada? 
 
5. ¿Qué proceso termodinámico se da en el interior de un termo? 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Versión: 01 
Fecha: mayo-2020 
 
Indaga 
 
6. Busca ejemplos de aplicaciones domésticas que puedas encontrar en tu hogar, que sirvan para 
ilustrar el primer principio de la termodinámica. Justifica con argumentos tu elección. (Realizar un video 
corto, explicando esto) 
 
EVALÚO MI PROCESO 
a. ¿Aprendiste el tema? 
____________________________________________________________________ 
b. ¿Comprendiste las explicaciones y conceptos? 
____________________________________________________________________ 
c. ¿Las actividades fueron fáciles de resolver? 
____________________________________________________________________ 
d. ¿Qué se puede mejorar para la siguiente guía? 
 ____________________________________________________________________