Fisica Termodinamica

Física Máquina Térmica Calor y temperatura Diferencias

Cambio de Estado

Índice

Pág. 1 Máquina Térmica Pág. 2 Máquina Térmica Cuerpo Humano Pág. 3 Refrigerador Pág. 4 Temperatura y Calor… Diferencia Pág. 5 Cambio de Estado

Máquina Térmica Es un mecanismo que convierte el calor en trabajo mecánico, que opera entre dos depósitos a diferente temperatura, y el trabajo mecánico se obtiene si el calor se transfiere del depósito con mayor temperatura al depósito de menor temperatura.

De la segunda ley de la termodinámica, que sostiene que ninguna máquina térmica puede transformar en energía mecánica todo el calor que se transfiere en el proceso de operación, se deriva el

concepto de eficiencia térmica (N), el cual se define como el cociente del trabajo

obtenido y el calor que se le suministra, N = W/Q. Al respecto, Sadi Carnot mostró

que el límite superior de calor que puede transformarse en trabajo depende de la diferencia de temperatura entre el depósito caliente y el depósito frío. De manera que, la diferencia para una máquina térmica de Carnot, se calcula mediante la

ecuación, N = 1 -(Tf / Tc), donde Tf y Tc son las temperaturas en grados kelvin de

los depósitos a menor y mayor temperatura respectivamente, en los que opera la máquina. http://www.smf.mx/boletin/Ene-99/ensena/ohumano.html

Máquina

transforma calor en trabajo mecánico, dicho

Térmica…

calor se transfiere del depósito con mayor

Cuerpo

Humano Organismo humano, ¿una máquina térmica?

dispositivo, opera entre dos depósitos a diferente

temperatura, y el trabajo mecánico se obtiene si el temperatura al depósito de menor temperatura.

De la segunda ley de la termodinámica, que

sostiene que ninguna máquina térmica puede

transformar en energía mecánica todo el calor que se transfiere en el proceso de operación, se

deriva el concepto de eficiencia térmica (N), el cual se define como el cociente del trabajo

obtenido y el calor que se le suministra, N =

W/Q. Al respecto, Sadi Carnot mostró que el límite superior de calor que puede transformarse en trabajo depende de la diferencia de

Introducción

temperatura entre el depósito caliente y el

Uno de los recursos en el proceso de enseñanza-

una máquina térmica de Carnot, se calcula

aprendizaje, es el uso de analogías, por lo que se sugiere tener claridad en las similitudes,

diferencias, ventajas y considerar los riesgos que representa el utilizarlas.

A continuación se ofrece una reflexión sobre

una analogía empleada en algunos textos de física de bachillerato y el uso ue algunos

profesores le dan al comparar el organismo humano con una máquina térmica para

evidenciar que ambas, a artir de combustibles (carbón para la máquina y comida para el organismo), realizan trabajo.

Conceptos de eficiencia térmica y eficiencia muscular

Una máquina térmica es un dispositivo que

depósito frío. De manera que, la diferencia para mediante la ecuación, N = 1 -(Tf / Tc), donde Tf

y Tc son las temperaturas en grados kelvin de los depósitos a menor y mayor temperatura

respectivamente, en los que opera la máquina.

Ahora bien, los seres humanos efectuamos

trabajo al caminar, correr, levantar un objeto, etc., para realizarlo requerimos de energía que el organismo obtiene al transformar la energía potencial química de los alimentos. Para las actividades antes mencionadas se asocia el

concepto de eficiencia muscular (E), como el cociente del trabajo mecánico realizado y la

energía suministrada al cuerpo, a través de los alimentos. Se ha verificado que la eficiencia muscular en el trabajo mecánico es

aproximadamente del 20%, (E = 0.2).

Riesgos de la analogía Supongamos "el organismo humano una

máquina térmica'' cuya eficiencia es de 0.2 y

un almacén de energía solar empaquetado en su configuración molecular.

La transformación de energía en el

opera a temperatura ambiente, (20 °C), como

organismo, se realiza oxidando esencialmente

la ecuación de eficiencia térmica para una

mecanismos moleculares realizados a nivel

depósito de menor temperatura, Tf = 293 °K. De máquina de Carnot, se obtiene Tc que corresponde al depósito de mayor temperatura, es decir,

N = 1 -(Tf / Tc), Tc = -Tf / (N - 1), por lo tanto

Tc = -293 °K / (0.2-1) = -293 °K / -0.8 = 366 °K. Esto implica que el organismo humano no puede ser este depósito, ya que tendría que ser una caldera "muy ardiente'' a 93 °C = 366 °K, y

sabemos que su temperatura normal es de 37 °C. Por lo que se descarta la hipótesis de que sea máquina térmica.

Pero, ¿en qué se fundamenta la analogía del

cuerpo humano como una máquina térmica?

antes habría que responder otra interrogante

¿cómo se transforma la energía a partir de los alimentos?

Transformación de energía a partir de los alimentos

La principal fuente de energía en el organismo la constituyen los carbohidratos que ingerimos en nuestra alimentación. éstos durante la

digestión se desdoblan en glucosa, la cual es un

combustible preformado por plantas verdes en el

proceso de fotosíntesis. La glucosa es considerada

glucosa en el proceso de respiración, mediante celular, a temperatura constante y baja.

En la oxidación, una molécula de glucosa, se degrada en seis moléculas de agua, seis moléculas de bióxido de carbono y energía. Parte de la

energía transformada en este proceso se recupera en la formación de moléculas de ATP, (adenosín trifosfato), las cuales suministran la energía requerida para realizar el trabajo celular, (mecánico, químico, osmótico y eléctrico).

http://www.smf.mx/boletin/Ene-99/ensena/ohumano.html

Refrigerador El refrigerador es una máquina que funciona con un termostato que ayuda que el frío en el interior se regule y también controla un compresor cargado de un gas.

Mediante un proceso que se llama comprensión y descompresión.

Este circuito se llama circuito de refrigeración y es cerrado.

Calor y Temperatura

El calor es la energía que se transfiere en dos sistemas que están relacionadas con una diferencia entre ellos La temperatura es la magnitud física que determina el grado de calor o frío que posee un cuerpo, expresado en una escala.

Muchas personas piensan que el calor y la temperatura son lo mismo pero

Cambio de Estado Solamente existen 3 tipos de estados en la naturaleza, que son: Sólido, liquido y gaseoso.

Si se aplica calor a algo frío esto puede cambiar.

Los cambios de estado son: 3Sólido a líquido= fusión Líquido a sólido= solidificación Liquido a gaseoso= vaporización Gaseoso a liquido= condensación Sólido a gaseoso= sublimación progresiva Gaseoso a sólida= sublimación regresiva