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FÍSICA

Febrero 18, 2014

-¿Qué es una máquina térmica? -Diferencias entre calor y temperatura.

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Sofía Macías Benavides 405


¿Qué es una máquina térmica? Una máquina térmica es un dispositivo que convierte la energía térmica en trabajo mecánico. La máquina de vapor y el motor de gasolina de los automóviles son ejemplos.

Los motores de Combustión Interna Un motor de combustión interna es cualquier tipo de máquina que obtiene energía mecánica directamente de la energía química producida por un combustible que arde dentro de una cámara de combustión, la parte principal de un motor. Se utilizan motores de combustión interna de cuatro tipos: el motor cíclico Otto, el motor diesel, el motor rotatorio y la turbina de combustión.

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Motor Diesel Un motor diésel funciona mediante la ignición (encendido) del combustible al ser inyectado muy pulverizado y con alta presión en una cámara de combustión que contiene aire a una temperatura superior a la temperatura de auto-combustión, sin necesidad de chispa como en los motores de gasolina. La temperatura que inicia la combustión procede de la elevación de la presión que se produce en el segundo tiempo del motor, la compresión. El combustible se inyecta en la parte superior de la cámara de combustión a gran presión desde unos orificios muy pequeños que presenta el inyector de forma que se atomiza y se mezcla con el aire a alta temperatura y presión (entre 700 y 900 °C). Como resultado, la mezcla se inflama muy rápidamente. Esta combustión ocasiona que el gas contenido en la cámara se expanda, impulsando el pistón hacia abajo. Esta expansión, al revés de lo que ocurre con el motor de gasolina, se hace a presión constante ya que continúa durante la carrera de trabajo o de expansión. La biela transmite este movimiento al cigüeñal, al que hace girar, transformando el movimiento rectilíneo alternativo del pistón en un movimiento de rotación.

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¿Cómo funciona la máquina de vapor? Las máquinas térmicas o motores térmicos aprovechan una fuente de energía para realizar un trabajo mecánico. La energía transferida como calor a la máquina no puede a su vez ser transferida íntegramente por esta como trabajo: una parte de la energía debe ser transferida como calor.

Por ello las máquinas térmicas constan de dos partes: •

Un foco caliente, que cede energía a la máquina mediante calor. • Un foco frío, que recibe energía de le máquina también mediante calor.

Eficiencia 4


Podemos entonces calcular la eficiencia o el rendimiento de nuestro proceso comparando lo que obtenemos con respecto a lo que invertimos.

Es decir que siempre habrรก una parte del calor que se "desperdiciarรก".

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La máquina térmica y el cuerpo humano Similitudes y diferencias Una máquina térmica y el organismo, como sistemas que realizan trabajo, necesitan de combustible, sin embargo la primera, opera con diferencias de temperatura provocando transferencia de calor y con ello la realización de trabajo, en cambio en el organismo la oxidación se realiza a temperatura constante por lo que no hay transferencia de calor asociado a la realización de trabajo. La transformación de energía, en la combustión como en la oxidación, tienen el mismo principio, ya que se realizan mediante mecanismos moleculares. La diferencia radica en la velocidad con que se realizan; la combustión es violenta y la reacción se mantiene por sí sola una vez que ha comenzado; en cambio, la oxidación es un proceso lento y controlado, de manera que, la energía se transforma de acuerdo a los requerimientos del organismo. Las similitudes antes mencionadas, podrían justificar la analogía que comúnmente se hace del organismo con una máquina, pero evidentemente no sería térmica. Sin embargo el organismo realiza un conjunto de transformaciones de energía dentro de los confines de las leyes de la termodinámica, por lo que si se insiste en llamarle máquina, ¿qué tal?, máquina bioquímica.

El refrigerador El hombre desde tiempos remotos trató de conservar los alimentos para que no se descompusieran rápidamente. Alejandro Magno, rey de 6


Macedonia, construyó grandes cámaras frigoríficas subterráneas, para mantener la comida de su ejército durante el ataque a la ciudad de Petra (329 a.C.) y en la antigua Roma, se usó hielo traído desde las montañas, para enfriar las bebidas y los víveres. Pero a medida que pasó el tiempo, surgió la necesidad de descubrir un aparato que refrigerara los productos y los conservara durante un largo período. Así fue como, en 1784, William Cullen construyó la primera máquina para enfriar. En 1859, el francés Ferdinand Carré fabricó el primer aparato frigorífico por absorción, con amoniaco como gas refrigerante. Luego, en 1879, el ingeniero alemán Karl von Linde creó el primer refrigerador doméstico. A comienzos de la década de 1920, nacieron los refrigeradores eléctricos, cuando dos suecos, Carl Munters y Balzer von Platen, inventaron uno con compresor que estaba accionado por un motor eléctrico. En esa misma época, Thomas Midgley descubrió el freón, un gas conocido genéricamente reemplazó al amoniaco. Este empezó a ocuparse en todas las máquinas de enfriamiento, pero hace algunos años se demostró que era uno de los principales causantes de la destrucción de la capa de ozono. Por ello, en la actualidad, está restringido y se usan otros compuestos orgánicos y, además, se está ensayando el uso de mezclas de hidrocarburos como el propano y el butano.

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Conservación de los alimentos Al guardar la comida en el refrigerador se frenan dos causas de su deterioro: la proliferación de hongos y bacterias y la descomposición química (por la interacción del agua). Pero esto es por un tiempo, ya que el desarrollo de los microorganismos solo se estanca. Asimismo, la descomposición química se reduce notablemente, pero no se detiene en su totalidad, así, igualmente los alimentos se echan a perder si no se ocupan antes que esto suceda. La vida de las frutas y verduras varían de acuerdo con su velocidad de respiración y el desprendimiento de calor. Por ejemplo, las cebollas, las papas y las uvas, tienen velocidades de respiración bajas, por lo que duran más tiempo; las manzanas, las lechugas, las arvejas, las espinacas y el choclo liberan mucho calor, por lo que perduran menos. En el proceso de congelación, los alimentos debieran envolverse cuidadosamente para protegerlos de la acción del aire y los microorganismos.

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Calor y temperatura Es de común conocimiento que cuando ponemos a calentar un cuerpo, su temperatura aumenta. Por eso, es común pensar que calor y temperatura significan lo mismo. Pero esto no es así, si bien el calor y la temperatura se relacionan, son 2 cosas diferentes. El calor es la energía del desplazamiento de moléculas en un elemento. La temperatura en tanto, es una medida de la energía molecular. En palabras más simples, el calor es el encargado de aumentar o disminuir la temperatura de un cuerpo. Es decir, si le agregamos calor, la temperatura subirá. Si le disminuimos el calor, la temperatura bajará. Cuando las temperaturas son más altas, es porque las moléculas se están desplazando y rotando con más energía. Por ejemplo, si tenemos 2 cuerpos con igual temperatura y los ponemos en contacto, no existirá transferencia de energía entre ellos ya que la energía media de las partículas será igual. En cambio si la temperatura de uno de los cuerpos es más baja que la del otro cuerpo, entonces sí existirá una transferencia de energía del cuerpo más caliente al cuerpo más helado hasta que la temperatura de ambos se nivelen. En conclusión, podemos decir que la temperatura no es energía en si, sino una medición de ella, mientras que el calor sí es energía.

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Cambio de estado Los cambios de estado de agregación son tres conocido como el liquido, solido, gaseoso, estos cambios son los más comunes que se encuentran en la materia. Como se producen los cambios de estado de agregación, son a causa de determinadas modificaciones en relación con la temperatura, la presión, como es lógico por ambas cosas también.

Tenemos que saber que estos cambios de estado no son químicos, si no físicos, esto a de tenerse presente y claro como un concepto fundamental, toda reacción producida a trabes de los cambios de estado en química . Vaporización: Cuando se habla de vaporización estamos refiriéndonos al cambio de estado de liquido a estado gaseoso. Estos tienen la propiedad para que ocurran de dos maneras diferentes.

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Ebullición: esta se caracteriza por la formación de burbujas de vapor las burbujas ascienden “suben”, a través de vapor en estado liquido, este liquido hierve, <una olla hirviendo >. La ebullición de un determinado liquido en estado puro ocurre a determinadas temperaturas, este es el punto de ebullición, si tomásemos como ejemplo el agua pura <H2O>, su punto de ebullición son 100 ºc, esto siempre depende tanto del liquido como de la presión ambiente, punto de ebullición normal.

Evaporación: en este caso podemos afirmar que es una forma de vaporización, la cual se produce cuando se da una menor temperatura a la de ebullición, un ejemplo como estudio de campo es <cuando el agua se evapora en un charco>, ojo, no la relacionen ni por un minuto por absorción de la tierra.

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