La Enseñanza de La Termo para Ing PDF

 

 

2018

La enseñanza de la Termodinámica a partir de las TiC

PhD Patricia Abdel Rahim ISBN: 978-958-48-3484-3 09/03/2018

 

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Í ndi ndi ce 1.  E scalas scalas de TTeemper atura tur a  2..  E stados  2 stados de de la mat mateer i a  3..  L ey de  3 de los los gase g asess iid deales 4.  Propiedades del Gas  5..  E stad  5 stados de agr egació ci ón de la ma mater ter i a 6.  C alor lor y eene nerr gí a i nte nterr na 7.  C alor lor espe specíf cí fi co 8.  Transformaciones termodinámicas  9.  T emper atur atura aym mo ovim vi mi ento de de las par par tícul tí culas as 10.   M  Mo otor es de cua uattr o ti empos 11.  C i clo de C ar no nott L os lab labo or ato torr i os re r ealilizzados en E ducaplu ucapluss la m ma ayor yor  pa  p ar te de la lass acti vi dades est stá án he hecchas has en flash flash y para verlas se necesita un PC con el plugin de F lashP lashPlaye layerr i nstalad nstalado o en en el el nave naveggador ( pr efe ferr i blem lemente nte F i r efox). fox) .

1

 

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Escalas de Temperatura Debe ingresar todos los procedimientos   Objetivos Usar un software y las leyes de los gases para realizar conversiones de unidades entre las escalas de temperatura.

Marco Teórico Debe incluir los conceptos de temperatura, marcar las diferencias entre calor y temperatura, e ingresar las ecuaciones que nos permiten realizar la conversión entre las diferentes escalas de temperatura (Celsius o Centígrada, Kelvin o escala absoluta, Fahrenheit, Reaumur, Rankine) e indicar los puntos de congelación, punto triple y punto de ebullición de cada una de las escalas y conductividad térmica [4,5, 6]

Ejercicio 1: Celsius 

Kelvin 

Celsius 

100 50 25 0 100 50 25 0

Kelvin 

Fahrenheit  Reaumur  

Rankine 

Completar las siguiente Tabla (debe incluir todos los procedimientos) Ahora completar el siguiente cuadro; utilizando el software https://www.convertme.com/es/convert/temperature/ (Tome una impresión) y verifique los datos de la tabla. Se tiene tres ciudades: Madrid, Buenos Aires y Santiago, cuyas temperaturas ambientales son como siguen:  

Madrid: 26°C   Buenos Aires: 88°F   Santiago: 293°K

Indique cuál de las ciudades tiene la temperatura más baja, y cual la más alta.

Ejercicio 2: 2

 

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De forma breve y concisa conteste las siguientes preguntas: 1. En una noche fría y despejada, ¿Por qué se tiende a formar formar escarcha en la parte superior de los buzones y los autos, más que en sus costados? 2. Un piso de baldosas puede resultar incómodamente frio para los pies desnudos, pero un piso alfombrado de una habitación vecina a la misma temperatura se siente caliente. ¿Porque? 3. Usted necesita levantar una olla de cocina muy caliente, y dispone de un par de almohadillas para ese propósito. ¿Le conviene empaparlas de agua fría, o bien mantenerlas secas, para levantar la olla con más comodidad? 4. En un día muy caluroso es posible cocinar un huevo en el capó de un automóvil. ¿Elegiría usted un auto negro o uno blanco para cocinar el huevo? ¿Por qué?

Ejercicio 3: La escala ___________cuyo punto de ebullición es 373,15 grados. La escala ___________cuyo punto de triple es 273,16 grados. La escala ___________cuyo punto de congelación es 273,15 grados. La escala ___________cuyo punto del cero absoluto es -273,15 grados. Indique cuales son los valores del punto de ebullición, punto triple, punto de congelación y el valor del punto del cero absoluto de las escalas de Fahrenheit, Kelvin y Rankine.

Ejercicio 4: Desarrolle el siguiente ejercicio de la práctica virtual (de la referencia 1).

3

 

P hD P atr i cia Ab A bdel Ra R ahi him m Utilice el simulador para encontrar la temperatura de fusión y ebullición del agua en grados Celsius. Ahora use las ecuaciones correspondientes para realizar la conversión de la temperatura de fusión en las escalas de Fahrenheit, Kelvin y Rankine.

Bibliografía [1] http://concurso.cnice.mec.es/cnice2005/93_iniciacion_interactiva_materia/curso/materia [1]  les/propiedades/temperatura.htm   les/propiedades/temperatura.htm [2]  http://www.librosvivos.net/smtc/hometc.asp?temaclave=1062  [2] http://www.librosvivos.net/smtc/hometc.asp?temaclave=1062  [3]  https://youtu.be/x51hQ7Vu5og [3] [4]  http://www.fullquimica.com/2011/07/calculadora-para-convertir-escalas-de.html  [4] http://www.fullquimica.com/2011/07/calculadora-para-convertir-escalas-de.html  [5]  https://www.convert-me.com/es/convert/temperature/  [5] https://www.convert-me.com/es/convert/temperature/  [6]  https://www.digikey.com/es/resources/conversion-calculators/conversion-calculator[6] temperature   temperature

Realice sus comentarios, conclusiones y bibliografía  

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Estados de la materia Debe ingresar todos los procedimientos

Objetivo Estudiar el estado en el que se encuentra el Argón, Oxígeno y agua dependiendo de la  presión y de la temperatura. Obtener algunas consecuencias a partir del diagrama de fases de una sustancia.

Marco Teórico Consulte ysobre los puntos de ebullición, fusión y sublimación de los gases de Neón, Argón, Oxigeno Agua.

Introducción Ingresar a la página https://phet.colorado.edu/es/simulation/legacy/states-of-matter-basics

Ejercicio 1 Para comenzar configure las variables del simulador de la siguiente forma: 1.  Marque sólido, líquido y gas. 2.  En la parte superior se puede elegir la unidad de la temperatura elija grado Kelvin.

 

3. Marque en moléculas Neón. 5

 

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Ahora aumente y disminuya la energía e indique para que valores de temperatura el material cambia a de estado: sólido, líquido y gaseoso. Repita los anteriores pasos con Argón, Oxígeno y agua.  Nota Para el estado e stado sólido debe de be bajar ba jar la tapa del cilindro c ilindro para pa ra que las la s partículas pa rtículas toquen la tapa y marque así la presión. Moléculas



Sólido T[K   

Neón Argón Oxigeno Agua



Líquido T[K   



Gaseoso T[K   

Ejercicio 2 Para comenzar configure las variables del simulador de la siguiente forma:   Marque cambios de fase / Neón. 

  En el diagrama de fase del Neón se muestra las fronteras de transición entre los



estados sólido (hielo), líquido (agua líquida) y gaseoso en función de la temperatura y la  presión. Indique el rango de presiones y de temperaturas de los estados que q ue se muestran en la Tabla.

Presión [Atm]

Temperatura [K]

Fase sólida Fase liquida Fase gaseosa Líquido comprensible Fluido supercrítico Vapor sobrecalentado Temperatura crítica Presión crítica El punto triple El punto crítico Repita el anterior procedimiento para el Argón, Oxígeno y el agua.  Nota Para el estado e stado sólido debe bajar la tapa del cilindro c ilindro para que las partículas toquen la tapa y marque así la presión

Ejercicio 3  Use el siguiente enlace 6

 

P hD P atr i cia Ab A bdel Ra R ahi him m http://www.educaplus.org/game/curva-de-calentamiento-del-agua http://www.educaplus.org/game/curva-de-calentamiento-del-agua   0 Para determinar cuanta energía se requiere para cambiar varios cubos de hielo a -25 C a 0 vapor 125 C. Ver el ejemplo del texto Fisica-Serway (4ta edición) tomo 1, pg 611.

Bibliografía

[1]  https://youtu.be/8H_F1GVIC2M https://youtu.be/8H_F1GVIC2M   [2]  https://www.youtube.com/watch?v=KEmO3hDcvtA https://www.youtube.com/watch?v=KEmO3hDcvtA  

Realice sus comentarios, conclusiones y bibliografía  

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Ley de los gases ideales  Debe ingresar todos los procedimientos Objetivo Estudiar el comportamiento de los gases ideales

Marco Teórico Consulte sobre: Las leyes de Avogadro, Boyle, Charles y Gay-Lussac, la teoría cinéticomolecular, la ley de Graham y la ecuación de los gases reales de Van der Waals.

Introducción Ingresar a la página y luego a laboratorios. http://ntic.educacion.es/w3/eos/MaterialesEducativos/mem2003/gases/   http://ntic.educacion.es/w3/eos/MaterialesEducativos/mem2003/gases/ Ingresa a la página / laboratorios

Ejercicio: Ley de Boyle  Este laboratorio está constituido por un manómetro digital que mide en mmHg, una  jeringuilla que contiene una cierta cantidad de gas que ocupa un volumen de 35 mL a la  presión de 1 atm. La temperatura se mantiene constante.

Procedimiento  Mueva el émbolo hasta cierta cantidad de volumen y tome el dato del manómetro digital. Repita este procedimiento para varios volúmenes y complete la Tabla 1.



Grafique el inverso de la presión

 en función del volumen (V) y determine la ecuación

de la recta. Explique [2]. V  [mL]  [mL]

7 10 15 20 25 30 35

 P  [mmHg]  [mmHg]



 

   [ ]]

 

Constante k=PV    

     

Para cada par de valores de V   y P  y P  halle  halle matemáticamente el valor de k .

       ( ))   (   )     

Ejemplo de cómo entregar sus cálculos

 

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P hD P atr i cia Ab A bdel Ra R ahi him m Ejercicio: Ley de Charles 3

Este laboratorio está constituida por una jeringa de 40 cm , un calentador y un refrigerador, un termostato medidor de temperatura y una barra deslizadora que nos permite variar la temperatura. Además muestra la tabla y la gráfica de volumen (V) en función de la temperatura (T) que se va construyendo en tiempo real. La presión es constante.

Procedimiento  Aumente la temperatura y anote el valor del volumen, hasta alcance la temperatura que ha seleccionado. El termostato se activa hasta que vuelva a seleccionar otra temperatura. Al variar la temperatura el gas va ocupando diferentes volúmenes. Los datos finales de cada 3 subproceso se mostraran y a la vez se puede observar la gráfica de volumen [cm ] en función de la temperatura [K]. Halle la ecuación correspondiente. Explique. T  [K]  [K]

80,15 120 180 240 300 360 420

V   [[



    

]

Constante

 

   

6,98

Para cada par de valores de V   y P  y P  halle  halle matemáticamente el valor de k . Ejemplo



Ejercicio 3. Sala de Graham



       

El laboratorio está constituido por: Una batería de botellas con siete gases, cuatro de ellos conocidos y los otros tres desconocidos. Pulsando en los botones-radio a la izquierda de cada nombre se selecciona el gas deseado para conocer la velocidad con que se escapa por el orificio, es decir la velocidad de efusión. La cantidad de gas en mL la seleccionamos con el selector de volumen y por último reseteamos el cronómetro y pulsamos para iniciar el experimento. En la tabla de la derecha quedará reflejado el histórico de las medidas realizadas sobre las que nos basaremos para realizar nuestras actividades de papel y lápiz. 9

 

P hD P atr i cia Ab A bdel Ra R ahi him m Procedimiento Se muestra 10 volúmenes de los gases de Hidrógeno, oxígeno, Xenón, Criptón, Gas X, Gas Y y Gas Z. 1.  Determine el tiempo efusión y la velocidad de fusión en

 

. Complete las siguientes

Tablas. 2.  Selecciona volúmenes iguales de cada uno de los diferentes gases y compara sus velocidades de efusión. 3.  Con los datos obtenidos y basándote en la ley de Graham para la efusión, clasifica los siete gases en orden creciente de masas moleculares.

V  [mL]

H t(s)

 

v 

 

O V  [mL]

t(s)

 

v 

 

Xe V [mL]

t(s)

v 



Kr V [mL]

t(s)

 

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10

V  [mL]

Gas X t(s)

v [mL/s] [mL/s]  

V  [mL]

Gas Y t(s)

v [mL/s] [mL/s]  

V  [mL]

Gas Z t(s)

v [mL/s]

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10

Ejercicio 4  Plantear un ejercicio para gases ideales y ley generalizada.

10



v 

 

 

P hD P atr i cia Ab A bdel Ra R ahi him m  No copiar nada del simulador ustedes deben plantear sus propios ejercicios con sus propias fotos etc… pueden apoyarse de otros software para tener más ideas de cómo realizar sus s us ejercicios.

Ejercicio 5  Resuelva el taller laboratorio de la referencia 3.

Bibliografía  [1]  http://recursostic.educacion.es/ciencias/ulloa/web/ulloa2/3eso/secuencia4/menu.html  [1] http://recursostic.educacion.es/ciencias/ulloa/web/ulloa2/3eso/secuencia4/menu.html  [2] http://recursostic.educacion.es/ciencias/ulloa/web/ulloa2/3eso/secuencia4/menu.html  [2]  http://recursostic.educacion.es/ciencias/ulloa/web/ulloa2/3eso/secuencia4/menu.html  [3]  http://www.educaplus.org/game/ejercicios-ecuacion-de-los-gases [3]

Realice sus comentarios, conclusiones y bibliografía. Ley de Gas Ideal Se puede introducir valores en cualquiera de las cantidades. Cuando se finalice de introducir los datos, hacer clic sobre la cantidad que se desee calcular. La fórmula no se forzará a ser consistente, hasta que se haga clic sobre la cantidad deseada. http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/Kinetic/idegasc.html#c1   http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/Kinetic/idegasc.html#c1

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Propiedades del Gas Debe ingresar todos los procedimientos

Objetivo Estudiar las variables que afectan a los gases ideales como presión, volumen, temperatura y número de partículas

Marco teórico  Debe incluir los conceptos de propiedades de los gases, variables que afectan el comportamiento de los gases, gas real e ideal y sus diferencias, leyes de los gases y aplicaciones de los gases.

Introducción Ingrese a  a https://phet.colorado.edu/es/simulation/legacy/gas-properties En esta simulación se puede variar el número de el partículas entra a una de vacío, el volumen y la presión la cual variará hasta que sistema que se encuentre en cámara equilibrio.

Ejercicio 1  Para comenzar configure las variables del simulador de la siguiente forma: en Tipo ligero 100 (este corresponderá al número de partículas que entran a la cámara), de clic en volumen, gravedad cero y en herramienta y opciones / información de los tipos / moléculas de colisionan

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y temperatura de partículas nuevas (K). Donde marco 100 en tipo pesado de enter y espere a que el gas se estabilice para tomar el dato de la presión a una temperatura de 100 K, luego de clic en el botón reiniciar y aumente la temperatura a 200 K con el Control de calor “Añadir” y tome el dato de la presión. La  primera fila se completó para que por favor ustedes la verifiquen y de la misma forma completen la Tabla 1.

Ingrese al siguiente link  https://phet.colorado.edu/es/simulation/legacy/gas-properties Tabla 1 * velocidad media número de v(m/s) v(m/s) v(m/s) moles /T[K] n=100 n=300 n=400 P[atm] P[atm] P[atm] 200 300 400 500 600

v(m/s) n=500 P[atm]

v(m/s) n=600 P[atm]

Grafique el número de partículas en función de la energía cinética, la rapidez en función de la temperatura y el número de moles en función de la rapidez. Explique cada una de las gráficas.

Ejercicio 2 http://www.educaplus.org/game/ejercicios-ecuacion-de-los-gases   Ingrese a:  a: http://www.educaplus.org/game/ejercicios-ecuacion-de-los-gases En este applet observaras 9 items, item s, debes desarrollarlos todos. La primera parte se dan el valor de tres variables como son: el número de moles (n), volumen (V) y temperatura (T) se debe mostrar que se realizó el cálculo para comprobar comprobar con el simulador la certeza de sus respuestas. Continúe resolviendo el ejercicio completo hasta llegar a la actividad 9. Debe incluir todos los procedimientos que evidencia que si se realizó el ejercicio

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P hD P atr i cia Ab A bdel Ra R ahi him m Bibliografía http://perso.wanadoo.es/cpalacio/LeyCharles2.htm http://recursos.cnice.mec.es/quimica/ulloa1/tercero/tema2/oa6/index.html http://www.falstad.com/gas/

Ingrese sus comentarios conclusiones y bibliografía.

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Estados de agregación de la materia Debe incluir sus procedimientos

Objetivos Explicar los conceptos esenciales para el buen entendimiento como son: los estados de agregación (sólido, líquido y gaseoso), temperatura, presión, volumen y cantidad de gas.

Introducción Ingrese a: http://www.educaplus.org/game/estados-de-agregacion-de-la-materia  http://www.educaplus.org/game/estados-de-agregacion-de-la-materia  Para acceder al laboratorio virtual

Marco Teórico Ingresar los conceptos de estados de agregación de los estados de la materia (sólido, líquido y gaseoso). Donde la ecuación de los gases ideales es:



 

R  es la constante universal de los gases y tiene un valor de 8,3144 T representa la temperatura Kelvin

 

 

n representa el número de moles. 15

 

P hD P atr i cia Ab A bdel Ra R ahi him m Ejercicio Realice una descripción de la llave de acero está en estado sólido en cada una de las temperaturas y determine la presión para cada caso. Debe incluir todos los procedimientos  para completar las siguientes tres tablas

Estado sólido T ( C) T (K) V(cm ) V( m ) P  

23

50

90

249,9

250

250,2

23

50

90

9,9

10

10,20

23

50

90

1,83

2

2,25



Estado líquido T ( C) T (K) V(mL) V(m )   P



Estado gaseoso T ( C) T (K) V(L) V(m ) P

  

Bibliografía

https://es.wikipedia.org/wiki/Unidades_de_presi%C3%B3n  https://es.wikipedia.org/wiki/Unidades_de_presi%C3%B3n  http://educativa.catedu.es/44700165/aula/archivos/repositorio/1000/1172/html/1_leyes_de_los_gas es.html 

Ingrese sus comentarios conclusiones y bibliografía.

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CALOR Y ENERGÍA INTERNA  Debe incluir todos los procedimientos

Objetivos  Determinar las diferencias entre  entre   energía interna y calor, además de sus respectivas unidades. Identificar las diferentes formas de transferencia del calor, así como la diferencia entre calor y temperatura.

Introducción Ingrese al siguiente link donde encontrará información relacionada con el tema: http://www.educaplus.org/game/calorimetria  http://www.educaplus.org/game/calorimetria Si mA, c A TA es la masa de una muestra de alguna sustancia cuyo calor específico se desea determinar, cA  es el calor específico y TA  es la temperatura inicial de la muestra. Del mismo modo m w , c w   y T w   representan los valores valores correspondientes para el agua. Si Tf  es la temperatura del equilibrio final después de que todo se ha mezclado, entonces, de acuerdo a la ecuación ec uación obtenemos el calor específico de la muestra:

         

 

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P hD P atr i cia Ab A bdel Ra R ahi him m Marco teórico: incluir los conceptos de calor, calor específico, calorimetría, transferencia de calor, conducción del calor, convección del calor, radiación del calor , transferencia de calor por vaporización, equivalente mecánico del calor, energía interna   Ejercicio Mediante el Apple http://www.educaplus.org/game/calorimetria  determinar el calor específico de todas las sustancias que aparece en el applet en el sistema M.K.S. Tome las

siguientes condiciones iniciales

 

Temperatura Inicial del Agua Tw (°C) 

20

Masa del Agua Mw (Kg) 

0,03

Calor Específico del Agua Cw(J/KgK) 

4180

Temperatura Inicial de la Sustancia Ta(°C) 

220

Ejemplo de cómo debe hacer los cálculos Muestra 1A

Ma = 0,02

       

Ca=

233,812043(J/kgK)

Qw=

=901,626J

Ma=0,04

            Ca=

(J/kgK)

Qw=

Ma=0,06

1741,806 J

       

Ca=

(J/kgK)

Qw=

Ma Tf (°C) Qw (J) CA (J/kgK)

2524,302 J

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

0,12

27,19 901,6260

33,89 1741,8060

40,13 2524,3020

45,97 3256,6380 3256,6380

51,45 3943,8300

56,59 4588,3860 4588,3860

233,8120

233,9753

233,9006

233,9135

233,9858

233,9915

Indique: a) Cuál de las sustancias tiene mayor calor específico, b) grafique el calor específico en función de la temperatura (todas en una sola gráfica) 18

 

P hD P atr i cia Ab A bdel Ra R ahi him m Ejercicio 2: Determine la temperatura final del sistema agua-hierro para diferentes masas del hierro, teniendo en cuenta las siguientes condiciones iniciales: La temperatura inicial del agua   La masa del agua

El calor específico del agua

         

 

 

Tome las masas de las sustancias igual a:

     

 

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

Repita este procedimiento para calcular el calor específico de las demás muestras que indican el simulador.

Un ejemplo de cómo debe realizar los cálculos: Primero realizamos el cambio de unidades de temperatura:

            ,

,

,

 

Cálculos con masa = 0.04 [kg]

Ahora despejamos la variable incógnita Tf : 

                                    

 

   

 

 

Escogemos una sustancia, en este caso hierro y tomamos el calor específico de la siguiente tabla: 19

 

P hD P atr i cia Ab A bdel Ra R ahi him m

Tabla de calor específico de materiales sólidos comunes

                                [ ] [ ]     [          [             ( (  [[ ] [[ ])])              [   ] ]            [  [  ]                 

 

 

 

 

 

Repita el procedimiento con las masas de la sustancia diferente. Complete la Tabla

0,02

 

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

305,778

 

 

20

 

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CALOR ESPECÍFICO Incluir todos los procedimientos

Objetivo Determinar experimentalmente el calor específico de diferentes dife rentes materiales Comprobar que el calor específico es independiente de la masa.

Introducción Descrito en el siguiente link:  link:  http://labovirtual.blog http://labovirtual.blogspot.com.c spot.com.co/2015/06/calor-especifico.html o/2015/06/calor-especifico.html 

Marco teórico: incluir los conceptos de calor, calor específico, calorimetría, transferencia de calor, conducción del calor, convección del calor, radiación del calor , transferencia de calor por vaporización, equivalente mecánico del calor, energía interna   Ejercicio Determine el calor específico de los diferentes sólidos presentes en el laboratorio virtual, como se indica el procedimiento del anterior laboratorio de calor específico.

TEMPERATURA METAL MASA [g] FINAL [°C] HIERRO HIERRO HIERRO HIERRO HIERRO

CALOR ESPECIFICO [J/kg °C]

20 30 40 50 60

21

 

P hD P atr i cia Ab A bdel Ra R ahi him m TEMPERATURA METAL MASA [g] FINAL [°C] ORO ORO ORO ORO ORO

20 30 40 50 60

TEMPERATURA METAL MASA [g] FINAL [°C] BERILIO BERILIO

20 30

BERILIO BERILIO BERILIO

40 50 60

TEMPERATURA METAL MASA [g] FINAL [°C] GRAFITO GRAFITO GRAFITO

20 30 40

GRAFITO GRAFITO

50 60

METAL

CALOR ESPECIFICO [J/kg °C]

CALOR ESPECIFICO [J/kg °C]

CALOR ESPECIFICO [J/kg °C]

CALOR TEMPERATURA MASA [g] ESPECIFICO [J/kg FINAL [°C] °C]

ALUMINIO ALUMINIO ALUMINIO ALUMINIO

20 30 40 50

ALUMINIO

60 22

 

P hD P atr i cia Ab A bdel Ra R ahi him m

Bibliografía 1.  http://www.educaplus.org/game/calorimetria  2.  https://es.slideshare.net/omis1218/laboratorio-calor-especifico  https://es.slideshare.net/omis1218/laboratorio-calor-especifico  3.  http://labovirtual.blogspot.com.co/2015/06/calor-especifico.html  http://labovirtual.blogspot.com.co/2015/06/calor-especifico.html  4.  http://editor.wix.com/html/editor/web/renderer/edit/914628f4-72a2-45eb-b8bb b0ea6ea00fce?metaSiteId=ed6e33f1-7cbe-4536-86868584339487a8&editorSessionId=68BC5075-E919-48EC-BC58-61AE550B9061   8584339487a8&editorSessionId=68BC5075-E919-48EC-BC58-61AE550B9061 5.  Raymond A. Serway, John W. Jewett, Je wett, Jr., "Capitulo 20 Primera ley de la termodinámica". Física Para Ciencias E Ingeniería. Editorial: Cengage Learning Editores,S.A. de C.V, México, DF, 2008, 723 pg.

Ingrese sus comentarios conclusiones y bibliografía.

23

 

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Transformaciones termodinámicas Debe incluir todos los datos

Objetivo Estudiar los procesos termodinámicos y la primera ley de la termodinámica.

Introducción Ingrese al applet http://www.educaplus.org/game/transformaciones-termodinamicas   http://www.educaplus.org/game/transformaciones-termodinamicas

Marco Teórico Ingrese los conceptos transformaciones termodinámicas (adiabática, isotérmica, isocora, isobárica).

Ejercicio1: Proceso isobárico  Use la ecuación de estado para determinar el volumen para varios valores de temperaturas (tome el número de moles moles iguala 1 y la constante de siguiente Tabla.

       

Presión T   W   Vsimulado  Vcalculado

 

20.8

20.8

20.8

20.8

   

. Complete la

20.8

20.8

20.8

20.8

   

24

 

P hD P atr i cia Ab A bdel Ra R ahi him m Debe hacer los cálculos para determinar el volumen y Trabajo intercambiado por el sistema con el entorno y demostrar lo que indica el simulador. Grafique la temperatura en función del volumen simulado.

Ejercicio2: Proceso isocora

Use la ecuación de estado para determinar la presión para varios valores de temperatura (tome el número de moles moles iguala 1 y la constante de siguiente Tabla.

      

Presión T   Vsimulado 

   

. Complete la

 

 

1

1

1

1

1

1

1

1

Debe hacer los cálculos para determinar la presión y demostrar lo que indica el simulador. Grafique la presión en función de la temperatura. Explique.

Ejercicio3: Proceso adiabático Use la ecuación de estado para determinar la presión para varios valores de temperatura (tome el número de moles moles iguala 1 y la constante de siguiente Tabla.

   

. Complete la

       

Presión   T   Eint = -PΔV   Vsimulado    Vcalculado   Debe hacer los cálculos para determinar el volumen y demostrar lo que indica el simulador. Grafique la presión en función del volumen. Explique.

Ejercicio4: Proceso isotérmico Use la ecuación de estado para determinar la presión para varios valores de temperatura (tome el número de moles moles iguala 1 y la constante de siguiente Tabla.

   

. Complete la

25

 

P hD P atr i cia Ab A bdel Ra R ahi him m

       

Presión T   W  

Vsimulado  Vcalculado

  300

300

300

300

300

300

300

300

   

Debe hacer los cálculos para determinar el volumen y demostrar lo que indica el simulador. Grafique la presión en función del volumen. Explique

Ejercicio 5 Abra el siguiente enlace http://www.profisica.cl/materialaula/animaciones.html  http://www.profisica.cl/materialaula/animaciones.html  Esta animación permite estudiar un proceso cuasiestático que sigue un gas conectado a una fuente térmica que contiene una cantidad muy grande de gas a temperatura constante To. Lo anterior obliga al proceso a mantenerse a temperatura constante, por lo que se denomina isotérmico. Se pueden ver los estados intermedios y la bella curva (una hoja de una hipérbola) denominada apropiadamente como isoterma. También se puede complementar con data proporcionada por el profesor para encontrar que el producto entre la presión y el volumen de cualquier punto de la curva es una constante, para descubrir la ley de Boyle y la definición de un gas ideal a partir de ella. Halle el valor de la energía trasferida al sistema para cambiar el volumen del 1 al 2. Tome el valor de la T= 10 K y en número de moles igual igual a 1. Use la ecuación

  

Volumen 1 Volumen 2

   

(() 

 

 

Ingrese sus comentarios conclusiones y bibliografía.

26

 

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Temperatura y movimiento de las partículas part ículas Debe incluir todos los datos

Objetivos

̅

Estudiar los conceptos de rapidez velocidad más probable (v p), la velocidad media ( )),, y la velocidad cuadrática media (



).

Introducción Ingrese a: http://www.educaplus.org/game/temperatura-y-movimiento-de-las-particulas http://www.educaplus.org/game/temperatura-y-movimiento-de-las-particulas   Para acceder al laboratorio virtual.

Ejercicio Mueve el deslizador de temperatura hacia atrás y hacia adelante y observa las  partículas. ¿Qué aprecias en el movimiento de éstas? La temperatura de una sustancia es una medida de la energía cinética media de sus  partículas (la energía cinética c inética es la energía del movimiento). La energía cinética (Ec) de una partícula es igual a

    

 

La gráfica que se observa en el simulador representa la distribución de MaxwellBoltzmann de las velocidades de las partículas. La curva representa la probabilidad de 27

 

P hD P atr i cia Ab A bdel Ra R ahi him m que una partícula se mueva a la velocidad que se muestra en el eje x eje  x de  de la gráfica. Para varios gases como son: Hidrógeno, Helio, Nitrógeno, Oxigeno y vapor de agua. Seleccione Hidrógeno y complete la siguiente Tabla

T (K) probabilidad

200

400

600

800

1000

800

1000

800

1000

800

1000

800

1000

Seleccione Helio y complete la siguiente Tabla

T (K) probabilidad

200

400

600

Seleccione Nitrógeno y complete la siguiente Tabla

T (K) probabilidad

200

400

600

Seleccione Oxigeno y complete la siguiente Tabla

T (K) probabilidad

200

400

600

Seleccione vapor de agua y complete la siguiente Tabla

T (K) probabilidad

200

400

600

Conteste las siguientes preguntas: - Las moléculas de oxígeno tienen 16 veces más masa que las de hidrógeno. A la misma temperatura ¿cuáles crees que se moverán más rápido? Dedúzcalo a partir de las Tablas. - Basándote en la definición de temperatura, explica por qué las moléculas de oxígeno se mueven más lentamente que las de hidrógeno a la misma temperatura. ¿A qué temperatura ves la mayor variedad de velocidades de partículas? En general, ¿la curva de Maxwell-Boltzmann es una curva simétrica o asimétrica?

28

 

P hD P atr i cia Ab A bdel Ra R ahi him m - La velocidad media es la media de las velocidades de todas las partículas. Basándote en la forma de la curva y en tu respuesta anterior, se puede esperar que la velocidad media sea mayor o menor que la velocidad más probable? Explica tu razonamiento. - Marca “Ver velocidad media”. ¿Qué valor tiene? ¿Fue tiene?  ¿Fue correcta tu predicción?

̅

- Ahora desmarca todas las casillas y selecciona has hidrógeno a la temperatura de 100 K. Puedes calcular la velocidad más probable (v p), la velocidad media ( ), ), y la velocidad cuadrática media (vrms) con las siguientes ecuaciones:

   √    ̅  √    √   

 

En estas ecuaciones: R es la constante universal de los gases y tiene un valor de 8,3144 T representa la temperatura Kelvin M representa la masa molar, en



 

 

 

- Sabiendo que la masa molecular del hidrógeno es 0,002016 velocidades y luego comprueba tus resultados.



, calcula las tres

Instrucciones Mueve el deslizador para cambiar la temperatura.

Bibliografía http://www.educaplus.org/game/temperatura-y-movimiento-de-las-particulas   Ingrese sus comentarios, conclusiones y bibliografía

29

 

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Motores de cuatro tiempos Incluir todos los procedimientos Objetivo Comprender el funcionamiento del ciclo de Otto de cuatro tiempos

Introducción Ingrese a cada uno de los siguientes Apples https://previa.uclm.es/profesorado/porrasysoriano/animaciones/motor_4_tiempos_dies el.html

Motor de cuatro tiempos http://science.sbcc.edu/~physics/flash/heatengines/Carnot%20cycle.html http://science.sbcc.edu/~physics/flash/heatengines/Carnot%20cycle.html  

30

 

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Marco Teórico Incluir los conceptos de ciclo de Otto de cuatro tiempos y Ciclo Diesel. Ejercicio Tome imágenes de los ciclos de admisión, compresión, expansión y escape de ciclo de los ciclo de Otto de cuatro tiempos y Diesel y explique el proceso de cada ciclo.

Bibliografía [1] https://drive.google.com/drive/folders/0B8kcIzKfd-LpUGVvT25zaDBnY2M  [1]  https://drive.google.com/drive/folders/0B8kcIzKfd-LpUGVvT25zaDBnY2M  [2]  https://www.fisicanet.com.ar/fisica/termodinamica/ap07_ciclos_termicos.php  [2] https://www.fisicanet.com.ar/fisica/termodinamica/ap07_ciclos_termicos.php  [3] https://previa.uclm.es/profesorado/porrasysoriano/animaciones/2tiempos_valvula.html  https://previa.uclm.es/profesorado/porrasysoriano/animaciones/2tiempos_valvula.html  [4] https://previa.uclm.es/profesorado/porrasysoriano/animaciones/motor_4_tiempos_dies el.html   el.html [5]  https://previa.uclm.es/profesorado/porrasysoriano/animaciones/2tiempos.html  [5] https://previa.uclm.es/profesorado/porrasysoriano/animaciones/2tiempos.html 

Ingrese sus comentarios, conclusiones y bibliografía

31

 

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Ciclo de Carnot Incluir todos los procedimientos

Objetivos Estudiar las influencias individuales y conjuntas de la cantidad de moléculas, la  presión, la temperatura y el volumen de un gas ideal a partir del uso de Apple. Observar cómo cambia las variables termodinámicas en el ciclo de Carnot.

Marco teórico Gas, gas ideal, ley de los gases ideales, tipos de procesos termodinámicos, pinte el ciclo de Carnot, consulte sobre las transformaciones termodinámicas que ocurren en este ciclo y sobre en la eficiencia de Carnot.

Introducción Ingrese: http://galileoandeinstein.physics.virginia.edu/more_stuff/flashlets/carnot.htm  http://galileoandeinstein.physics.virginia.edu/more_stuff/flashlets/carnot.htm  y relace los siguientes ejercicios

Ejercicio1 El simulador muestra un pistón donde se puede observar los siguientes ciclos: 32

 

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1.  Compresión adiabática 2.  Expansión isotérmica 3.  Expansión adiabática 4.  Compresión isotérmica Use el simulador para determinar el valor de la presión para cada volumen que aparece en la Tabla. Debe indicar de que volumen a que volumen va cada uno de los procesos. Ejemplo Proceso

T [K]

Expansión Isotermo

600

Expansión adiabático

590

Compresión Isotermo

300

Compresión adiabática

340

P [atm]

V [L]

La idea es que obtengas la gráfica que se observa en el simulador

Ejercicio 2 Ingrese al siguiente applet http://acer.forestales.upm.es/basicas/udfisica/asignaturas/fisica/animaciones.html

33

 

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En este applet encontraras los procesos de: La expansión isoterma de un gas ideal. Transformación isócora de un gas ideal. Expansión isóbara de un gas ideal. Expansión adiabática de un gas ideal. 1.  Halle los valores de presión, volumen y temperatura de cada uno de los vértices A, B, C y D. 2.  Calcular el trabajo en cada una de las transformaciones la variación de energía interna y el calor 3.  Hallar el rendimiento del ciclo y compruebe que coincide co el valor dado por la fórmula de rendimiento de un ciclo de Carnot: R= 8,314 J/K mol.

Bibliografía [1] https://media.giphy.com/media/l0MYxMejDMXemaVcA/giphy.gif   [1]  [2]  https://es.slideshare.net/MarinAlejandra/informe-de-fsica-el-ciclo-de-carnot [2] https://es.slideshare.net/MarinAlejandra/informe-de-fsica-el-ciclo-de-carnot   [3] [3]https://nikolasbuitragoj.wordpress.com/tercercorte/consultas/ciclostermodinamicos/ciclo-de-carnot/   corte/consultas/ciclostermodinamicos/ciclo-de-carnot/ [4]  http://acer.forestales.upm.es/basicas/udfisica/asignaturas/fisica/animaciones.html [4] 34