INFORME DEL PROYECTO DE FISICA

UNIVERSIDAD TECNICA DE MACHALA
FACULTAD DE CIENCIAS QUIMICAS Y DE LA SALUD
CARRERA DE BIOQUIMICA Y FARMACIA
FÍSICA
TEMA:
SISTEMAS TERMODINÁMICOS: SISTEMAS, ESTADOS
Y PROCESOS
ALUMNA:
CINTHIA PÈREZ TORRES
DOCENTE:
DR. PEREIRA GUANUCHE FREDDY ALBERTO
SEMESTRE:
PRIMERO “A”
MACHALA – 2014
1
DEDICATORIA
Este proyecto se lo dedico a mis padres queridos que son quienes me han
dado la vida y todo lo que soy ahora gracias a ellos; que me dan animo cada
día para seguir adelante y seguirme esforzando cada vez.
Este proyecto también se los dedico a todas las personas que creyeron en mí
que me dieron ánimo para seguir adelante que me alientan cada día al salir de
mi casa para ir a la universidad todo eso se lo agradezco a todos mis seres
queridos que pasan conmigo.
Este proyecto será para ellos, a todos los que quiero, también se lo dedico a
DIOS porque él está siempre conmigo nunca me deja en donde quiera que
estoy él me protege de todo mal gracias al estoy aquí y tengo una familia muy
linda.
Gracias a mis padres y con la bendición de DIOS todo me va bien y que con fe
todo es posible; este proyecto es para todos los que creen en mí y para lo que
no también será para ellos porque de igual manera están pendiente de mí.
Dedico este proyecto a Dios y a mis padres. A Dios porque ha estado conmigo
a cada paso que doy, cuidándome y dándome fortaleza para continuar, a mis
padres, quienes a lo largo de mi vida han velado por mi bienestar y educación
siendo mi apoyo en todo momento. Depositando su entera confianza en cada
reto que se me presentaba sin dudar ni un solo momento en mi capacidad. Es
por ello que soy lo que soy ahora, los amo con mi vida.
Pérez Torres Cinthia
2
AGRADECIMIENTO
En primer lugar a Dios por haberme guiado por el camino de la felicidad hasta
ahora; a mis queridos padres a toda mi familia en general a mis amigos por
estar conmigo en cada momento, por siempre darme su fuerza, armonía y
apoyo incondicional que me han ayudado y llevado hasta donde estoy ahora.
Este proyecto es el resultado del esfuerzo en donde estoy ahora, a quienes a lo
largo de este tiempo han puesto su confianza en mí el desarrollo de esta nueva
meta que la voy a culminar con mucho éxito y con fe en que todo va a salir con
la mente siempre positiva.
A mis padres quienes a lo largo de toda mi vida me han apoyado y motivado
en mi formación académica, creen en mí en todo momento y no dudan de mis
habilidades. A mis profesores a quienes les debo gran parte de mis
conocimientos, gracias a su paciencia y enseñanza por haberme brindado todo
este tiempo.
Mil gracias a DIOS por estos meses que me está dando la oportunidad de
seguir estudiando para poder ser una persona de bien, a mis tías que esta con
él, a mi hermanito, abuelitas, tío y otros familiares, esta oportunidad que no la
voy a desaprovechar yo sé que si lo voy a lograr tengo mucha fe si se va hacer
así.
GRACIAS A MIS PADRES, HERMANOS, TIOS, TIAS, TODA LA FAMILIA,
AMIGOS, COMPAÑEROS Y SOBRE TODO A DIOS POR QUE SIEMPRE
ESTA CONMIGO Y NUNCA ME DEJA SOLA.
Pérez Torres Cinthia
3
ÍNDICE
1. INTRODUCCION…………………………………………………..pág. 1
2. OBJETIVOS………………………………………………………..pág. 2
2.1.
Objetivos Generales
2.2.
Objetivos Específicos
3. MARCO TEORICO………………………………………………..pág. 3 – 7
3.1.
Termodinámica
3.2.
Sistemas Termodinámicos
3.2.1. Tipos de Sistemas Termodinámicos
3.3.
Procesos Termodinámicos
3.3.1. Tipos de Sistemas Termodinámicos
4. EXPERIMENTO……………………………………………………pág. 8 – 9
4.1.
Materiales
4.2.
Procedimiento
4.3.
Gráficos
4.4.
Recomendaciones
4.5.
Observaciones
5. CONCLUSIONES………………………………………………….pág. 10
6. WEB GRAFÍA………………………………………………………pág. 11
4
1. INTRODUCCIÓN
La termodinámica es la parte de la física que estudia los estados de los
sistemas materiales macroscópicos y los cambios que pueden darse entre esos
estados, en particular, en lo que respecta a temperatura, calor y energía.
La termodinámica es la rama de la física que describe los sistemas y estados
de equilibrio a nivel macroscópico.
El estado de un sistema macroscópico en equilibrio puede describirse mediante
propiedades medibles como la temperatura, la presión o el volumen, que se
conocen como variables termodinámicas.
Es importante desde el principio definir nuestro sistema, que es una porción
definida de material que elegir para su estudio, se separa de todo lo demás por
una superficie o frontera conceptual. Existen varios tipos de sistemas, aislados,
cerrados, abiertos.
Un sistema que puede describirse en función de coordenadas termodinámicas
se llama sistema termodinámico y la situación en la que se encuentra definido
por dichas coordenadas se llama estado del sistema.
Se dice que un sistema pasa por un proceso termodinámico, o transformación
termodinámica, cuando al menos una de las coordenadas termodinámicas no
cambia.
A continuación se nombra algunos ejemplos de lugares donde se encuentra la
termodinámica:

en las máquinas de vapor

destilación

un cerillo encendido

motor de gasolina
5
2. OBJETIVOS
2.1.

OBJETIVOS GENERALES
Investigar e indagar sobre la importancia de la de los estados, sistemas
y procesos termodinámicos y la realización de un experimento sobre el
proceso isobárico.
2.2.

OBJETIVOS ESPECÌCOS
Indagar sobre el tema que se va a tratar en este proyecto para tener
conocimiento.

Conocer los tipos de sistemas y procesos
que existe en la
termodinámica.

Describir cada uno de los estados, procesos y sistemas de la
termodinámica.

Realizar un experimento de unos de los procesos de la termodinámica
como es el proceso isobárico.
6
3. MARCO TEÓRICO
3.1.
Termodinámica
La termodinámica es la rama de la física que describe los estados de
equilibrio a nivel macroscópico.
La termodinámica ofrece un aparato formal aplicable únicamente a estados
de equilibrio, definidos como aquel estado hacia «el que todo sistema tiende
a evolucionar y caracterizado porque en el mismo todas las propiedades del
sistema quedan determinadas por factores intrínsecos y no por influencias
externas previamente aplicadas». Tales estados terminales de equilibrio
son, por definición, independientes del tiempo, y todo el aparato formal de la
termodinámica –todas las leyes y variables termodinámicas, se definen de
tal modo que podría decirse que un sistema está en equilibrio si sus
propiedades pueden describirse consistentemente empleando la teoría
termodinámica.
Los estados de equilibrio son necesariamente coherentes con los contornos
del sistema y las restricciones a las que esté sometido. Por medio de los
cambios producidos en estas restricciones (esto es, al retirar limitaciones
tales como impedir la expansión del volumen del sistema, impedir el flujo de
calor, etc.), el sistema tenderá a evolucionar de un estado de equilibrio a
otro; comparando ambos estados de equilibrio, la termodinámica permite
estudiar los procesos de intercambio de masa y energía térmica entre
sistemas térmicos diferentes.
3.2.
Sistema (Termodinámico): región restringida, no necesariamente
de volumen constante o fija en el espacio, en donde se puede
estudiar la transferencia y transmisión de masa y energía. Todo
sistema tiene límites que pueden ser reales o imaginarios.

Sistema aislado: No permite intercambio de materia ni energía (s.
aislado adiabáticamente: No permite intercambio de calor), es decir se
da cuando no existe el intercambio ni de masa y energía con los
alrededores; Sin embargo un termo lleno de comida caliente es una
aproximación, ya que el envase no permite el intercambio de materia e
7
intenta impedir que la energía (calor) salga de él. El universo es un
sistema aislado, ya que la variación de energía es cero

Sistema cerrado: No permite intercambio de materia, pero sí de
energía. Es decir se da cuando no existe un intercambio de masa con el
medio circundante, sólo se puede dar un intercambio de energía; un reloj
de cuerda, no introducimos ni sacamos materia de él. Solo precisa un
aporte de energía que emplea para medir el tiempo.

Sistema abierto: Permite intercambio de materia y energía. Es decir se
da cuando existe un intercambio de masa y de energía con los
alrededores; es por ejemplo, un coche. Le echamos combustible y él
desprende diferentes gases y calor.
Medio externo
Se llama medio externo o ambiente a todo aquello que no está en el sistema
pero que puede influir en él. Por ejemplo, consideremos una taza con agua,
que está siendo calentada por un mechero. Consideremos un sistema formado
por la taza y el agua, entonces el medio está formado por el mechero, el aire,
etc.
Equilibrio térmico
Toda sustancia por encima de los 0 kelvin (-273,15 °C) emite calor. Si dos
sustancias en contacto se encuentran a diferente temperatura, una de ellas
8
emitirá más calor y calentará a la más fría. El equilibrio térmico se alcanza
cuando ambas emiten, y reciben la misma cantidad de calor, lo que iguala su
temperatura.
Variables termodinámicas
Las variables que tienen relación con el estado interno de un sistema, se
llaman variables termodinámicas o coordenadas termodinámicas, y entre ellas
las más importantes en el estudio de la termodinámica son:

la masa

el volumen

la densidad

la presión

la temperatura
En termodinámica es muy importante estudiar sus propiedades, las cuáles
podemos dividirlas en dos:

propiedades intensivas: son aquellas que no dependen de la cantidad de
sustancia o del tamaño de un sistema, por lo que su valor permanece
inalterado al subdividir el sistema inicial en varios subsistemas, por este
motivo no son propiedades aditivas.

propiedades extensivas: son las que dependen de la cantidad de
sustancia del sistema, y son recíprocamente equivalentes a las
intensivas. Una propiedad extensiva depende por tanto del «tamaño» del
sistema. Una propiedad extensiva tiene la propiedad de ser aditiva en el
sentido de que si se divide el sistema en dos o más partes, el valor de la
magnitud extensiva para el sistema completo es la suma de los valores
de dicha magnitud para cada una de las partes.
Algunos ejemplos de propiedades extensivas son la masa, el volumen, el peso,
cantidad de sustancia, energía, entropía, entalpía, etc. En general el cociente
entre dos magnitudes extensivas nos da una magnitud intensiva, por ejemplo la
división entre masa y volumen nos da la densidad.
9
Estado de un sistema
Un sistema que puede describirse en función de coordenadas termodinámicas
se llama sistema termodinámico y la situación en la que se encuentra definido
por dichas coordenadas se llama estado del sistema.
Equilibrio térmico
Un estado en el cual dos coordenadas termodinámicas independientes X y Y
permanecen constantes mientras no se modifican las condiciones externas se
dice que se encuentra en equilibrio térmico. Si dos sistemas se encuentran en
equilibrio térmico se dice que tienen la misma temperatura. Entonces se puede
definir la temperatura como una propiedad que permite determinar si un
sistema se encuentra o no en equilibrio térmico con otro sistema.
El equilibrio térmico se presenta cuando dos cuerpos con temperaturas
diferentes se ponen en contacto, y el que tiene mayor temperatura cede
energía térmica en forma de calor al que tiene más baja, hasta que ambos
alcanzan la misma temperatura.
Algunas definiciones útiles en termodinámica son las siguientes.
Foco térmico
Un foco térmico es un sistema que puede entregar y/o recibir calor, pero sin
cambiar su temperatura.
Contacto térmico
Se dice que dos sistemas están en contacto térmico cuando puede haber
transferencia de calor de un sistema a otro.
3.3.
Procesos termodinámicos
Se dice que un sistema pasa por un proceso termodinámico, o transformación
termodinámica, cuando al menos una de las coordenadas termodinámicas no
cambia. Los procesos más importantes son:
10

Procesos isotérmicos: son procesos en los que la temperatura no
cambia.

Procesos isobáricos: son procesos en los cuales la presión no varía.

Procesos isócoros: son procesos en los que el volumen permanece
constante.

Procesos adiabáticos: son procesos en los que no hay transferencia de
calor alguna.

Procesos diatérmicos: son procesos que dejan pasar el calor
fácilmente.

Procesos isoentrópicos: procesos adiabáticos y reversibles. Procesos
en los que la entropía no varía.
Por ejemplo, dentro de un termo donde se colocan agua caliente y cubos de
hielo, ocurre un proceso adiabático, ya que el agua caliente se empezará a
enfriar debido al hielo, y al mismo tiempo el hielo se empezará a derretir hasta
que ambos estén en equilibrio térmico, sin embargo no hubo transferencia de
calor del exterior del termo al interior por lo que se trata de un proceso
adiabático.
Proceso isobárico
Un proceso isobárico es un proceso termodinámico que ocurre a presión
constante. La Primera Ley de la Termodinámica, para este caso, queda
expresada como sigue:
,
Donde:
= Calor transferido.
= Energía interna.
= Presión.
= Volumen.
En un diagrama P-V, un proceso isobárico aparece como una línea horizontal.
11
4. EXPERIMENTO DEL PROCESO ISOBÁRICO
4.1.
Materiales
2 globos
Sustancias
Agua H2O
2 botellas de plásticos
Un recipiente de aluminio
Cocina
4.2.
PROCEDIMIENTO
1. Se coloca los globos en el pico de las botellas uno en cada botella.
2. Luego se pone a calentar un poco de agua en un recipiente de aluminio.
3. Se pone una de las botellas con el globo en el congelador por unos
minutos.
4. Se apaga la orilla en donde se está calentando el agua.
5. Luego de eso se pone la otra botella con el globo y se la coloca en el
agua caliente.
6. Después se la quita de la olla la botella y se pudo observar que el globo
se infla por lo cual hay un cambio de temperatura, el cual hace que
también cambie su volumen dentro de él.
Es decir que a mayor temperatura hay un mayor volumen y su presión
es constante.
7. Finalmente se pudo observar en la otra botella con globo que estaba el
congelador que al momento de sacarla se observó que el globo ocupa
un menor volumen porque hubo un cambio de temperatura menor.
4.3.
GRAFICOS
12
4.4.
RECOMENDACIONES:
 Al momento de realizar una práctica o un experimento siempre se debe
utilizar la bata.
 Se debe coger con mucho cuidado los materiales en caso de que sean
de vidrio para que no haya ningún tipo de daño.
 Siempre se debe tener materiales de repuestos en caso de que se
pueda dañar o quebrar uno.
 Siempre se debe tener los materiales a la mano para que no se dificulte
la práctica.
 Tener las debidas precauciones al momento de realizar la práctica, para
que no haya ningún tipo de dificultad.
4.5.

OBSERVACIONES:
El experimento se lo realizo con mucho cuidado ya que no era tan
dificultoso de realizarlo.

El experimento se lo realizo con facilidad ya que se escogió uno de los
procesos termodinámicos.

El realzar este experimento fue muy bueno ya que se lo pudo realizar
con mucho cuidado y precaución.
13
5. CONCLUSIONES
El desarrollo de este proyecto es de suma importancia, ya que nos permite
indagar sobre el tema a desarrollar así adquiriendo conocimientos a través de
este trabajo investigativo.
La Termodinámica es el estudio de las propiedades de sistemas de gran escala
en equilibrio en las que la temperatura es una variable importante.
La
Termodinámica
se
ocupa
de
estudiar
procesos
y
propiedades
macroscópicas de la materia y no contiene ninguna teoría de la materia.
Hemos llegado a la parte final del trabajo y podemos decir que la
termodinámica es parte importante de la física, la cual nos ayuda a nuestro
proceso de aprendizaje académico.
Finalmente se concluyó con la realización de un experimento que fue un éxito
ya que se dio a conocer sobre el proceso isobárico de la termodinámica.
Este proyecto fue muy necesario desarrollarlo ya que nos servirá de mucho en
nuestro aprendizaje académico para una mejor habilidad y destreza académica
en el transcurso de nuestro proceso académico.
14
6. Web grafía
http://introducciontermodinamica.blogspot.com/
http://es.wikipedia.org/wiki/Proceso_isob%C3%A1rico
http://es.wikipedia.org/wiki/Termodin%C3%A1mica
15