Evidencia de Aprendizaje. Escalando El Popo

Termodinámica Unidad I Evidencia de aprendizaje.Escalando el Popo: Planteamiento del problema Facilitador: Jose Manuel Cubos Ramírez Alumno: Jose de Jesus Flores Requenes Resumen En este trabajo descubriremos la importancia de la termodinámica y su entorno, ide ntificaremos los sistemas termodinámicos y se manejaran los sistemas de unidades, identificaremos los gases ideales y los no ideales, clasificaremos los tipos de equilibrio y sus ecuaciones de estado, conoceremos las propiedades y clasificación de las sustancias puras, la aplicación de la ley cero de la termodinámica, conocere mos cuales son las propiedades volumétricas de los fluidos y sus diagramas de Pv, PT y PvT y las aplicaremos al fenómeno natural de como escalaremos el popo. Introducción Termodinámica Estudia los procesos en los que se transfiere energía como calor y como trabajo. Un sistema en equilibrio termodinámico. Según su procedencia pueden ser de tres tipo s: Variables de composición: Especifican la cantidad de cada uno de los componentes. Por ejemplo, la masa de cada uno o el número de moles. Variables mecánicas: Son aquellas que proceden de una interacción mecánica, como presión, volumen, pero tam bién aquellas que proceden de otras ramas de la Física como el Electromagnetismo (in tensidad del campo eléctrico o magnético, etc.). Variables térmicas: Son las que surgen de los postulados propios de la Termodinámica o combinaciones d e estas con variables mecánicas. Las variables que tienen relación con el estado interno de un sistema, se llaman v ariables termodinámicas o coordenadas termodinámicas, y entre ellas las más importante s en el estudio de la termodinámica son: la masa el volumen la densidad la presión la temperatura Las variables pueden ser extensivas o intensivas. Las extensivas son globales, es decir, dependen del tamaño del sistema y son aditi vas. Ejemplos son el volumen, la masa, el número de moles, etc. Las variables exte nsivas pueden convertirse en específicas cuando se establecen por unidad de masa o molares cuando se expresan por unidad de mol. Las variables intensivas son locales (están definidas en cada parte del sistema y son, por lo tanto, independientes de su tamaño) y no son aditivas, como por ejempl o, la temperatura, la presión, etc. Las variables específicas y molares son intensiv as. La ley de los gases ideales: es la ecuación de estado del gas ideal, un gas hipotéti co formado por partículas puntuales, sin atracción ni repulsión entre ellas y cuyos ch oques son perfectamente elásticos (conservación de momento y energía cinética). LEY CERO: EQUILIBRIO TERMICO Y TEMPERATURA Dos sistemas A y B pueden estar aislados el uno del otro y del entorno a ellos a través de paredes adiabáticas. Ambos sistemas pueden estar en estados diferentes y el cambio que experimenta uno no tiene efecto en el otro. Ahora, si la pared que separa a los sistemas A y B es sustituida por una pared diatérmica, se establece un flujo de energía en forma de calor. El intercambio de energía permite que las var iables macroscópicas de ambos sistemas cambien. Los cambios ocurren hasta que en a mbos sistemas las variables macroscópicas se hacen constantes. Cuando esto ocurre decimos que ambos sistemas están en equilibrio térmico. En realidad dos sistemas no tienen por qué estar en contacto para estar en equilibrio térmico. A través de un terc La ruta que usan los alpinistas es por el pueblo de Las Cruces. no e l de la derecha. ley cero de la termodinámica Alimentación Catabolismo.er sistema C podemos descubrir si dos sistemas están en equilibrio térmico. re gresar en busca de ayuda médica. que es la más fatigosa. Se debe descansar hasta que desaparezcan dichas molestias. y mide de un extremo a otro 850 metros . y por fin se llega a una gran roca que está justamente sobre el borde del cráter. y otras tres horas en el descenso. De Las Cruces se inicia la segunda etapa. que tiene una profundidad de 480 metros. La primera etapa del ascenso es de dos horas. y hasta donde se puede llegar cómodamente en autobús vía Amecameca. la ciudad de Puebla. y el Pico de Orizaba. aunque sí larga y dura. anabolismo Altitud . Desarrollo El Popo tiene una altura de 5. En el camino y en algunas rocas hay indicios que ha n dejado otros alpinistas para guiar a los que ascienden por primera vez. Se advierte a los alpinistas noveles que vigilen el llamado mal de altura. y quienes han ido afirman que la subida no es difícil. e i r bien equipado con bastones de esquí y un piolet. porque es una ruta más difícil. La mejor época para ascender a su cumbre es desde mediados de noviembre a mediados de marzo. equipo de primeros auxilios y sufici entes víveres para cualquier emergencia. y se tarda de se is a ocho horas en llegar a la cumbre. Al llegar al lugar llamado Las Cruces debe tomarse el camino de la izquierda. Identificar los problemas modelos que se utilizaran para resolver los problemas Condición física metabolismo cambios climáticos balance energético.960 metros. fuertes dolores de cabeza y a veces hemorragia nasal. la Ciudad de México. lo que se hace en dos o tres horas. Forma parte del paisaje de la Ciudad de México. lámpara de cabeza o de minero para la salida. porque se pasa d el suelo volcánico a la nieve. crampones. La exc ursión se inicia en el refugio de Tlamacas. no se aconseja ir sol o ni en grupo si no llevan a un guía que conozca bien todo el proceso de la ascens ión. en un día claro. el Izta. Por supuesto. Se recomienda iniciar el ascenso entre las dos y las cuatro de la madrugada. Desde la cima se puede contemplar. al pie del volcán. Hay qu e dar varios rodeos y evitar salientes y masas de nieve que no ofrezcan segurida d. En este caso encontramos dos sistemas termodinámicos sistema abierto y sistema cerrado Enseguida identificaremos los problemas y los modelos a utilizar para realizar l a escalada al Popocatépetl. y hay que estar en buenas condiciones físicas.452 metros y es el más alto de México. que s e manifiesta con náuseas. y si no sucede esto. que está a una altura d e 3. pues la roc a gigantesca está en una parte inferior. aunque se dice que un día de descanso en el albergu e de Tlamacas puede ayudar mucho. caminando sobre tierra volcánica. aunque está muy retirado de la misma. Pero hay que caminar un poco más para llegar hasta la cumbre del volcán. botas de escalador. El problema está en que la realidad es tan compleja que ni au n usando los más potentes ordenadores se puede reproducir con fidelidad. 2 Velocidad v=d/t V = velocidad (m/s).) Ecuación no. En este aspecto relacionaremos los cambios de clima con la capacidad de resisten cia del escalador para absorber los cambios climatológicos a diferentes alturas de la montaña. En este caso usamos la medición de las temperaturas para identificar los grados a la intemperie en los que se esta. logra alcanzar una relación constante entre las concentracio nes y/o presiones de productos y reaccionantes (cociente de reacción). La condición física (fuerza) será en el rendimiento. 3 Q= m1cp1 (T2-T1) = m2cp2 (t2-t1) Donde m es la masa de uno de los componentes o fluidos (kg). el volum en. Los seres vivos son sistemas abiertos que intercambian materia y energía con el am biente. la resistencia eléctrica o el color. 1 Fuerza f=m. m= masa kilogramo (Kg). Equilibrio térmico Se dice que los cuerpos en contacto térmico se encuentran en equilibrio térmico cuan do no existe flujo de calor de uno hacia el otro. etc. muchas reacciones o sistemas del organism o humano pueden alcanzar un estado de equilibrio químico. Cuando en un ser vivo ocurre un proceso determinado. se conoce como constante de equilibrio (K).) bajo fuerzas externas. la velocidad: esta nos determina ra el tiempo que se tarde en subir la montaña Ecuación no. presiones parciales. al momento de estar a Cierta altura del popo y a que el clima y las condiciones del volcán cambian a diferentes alturas del popo. que puede ser modificado (o p erdido) si son modificados ciertos parámetros del sistema (concentraciones de sust ancias. a F= fuerza newtons (kg m/s²). res istencia y flexibilidad. En climatología el uso de modelos es imprescindible para hacer pronósticos meteorológi cos y para intentar prever las consecuencias de los posibles cambios climáticos a medio y largo plazo. d = distancia ( mts.). Formula del equilibrio térmico Ecuación no. velocidad. el que debido a que las velocidades de los procesos directo e inverso de la reacción se igualan (lo que su pone reversibilidad). temperatura. a = aceleración ( m/s. t= tiempo (segundos) Cambios climáticos A la temperatura corporal (constante). Ley cero de la termodinámica La temperatura es una de las variables termodinámicas que se requiere medir. cp es la capacidad .Ley de los gases Condición física La condición física es el estado de la capacidad de rendimiento psico-física de una pe rsona en un momento dado. como la longitud. Estado de equilibrio. Influyen en ella los procesos energéticos del organismo y las características psíquicas precisas para el cometido que se le asigne a dicha co ndición. resistencia y capacidad que tenga la persona para aplicarla al escalar la montaña. lo cu al se hace por medio de los instrumentos conocidos como termómetros. Se manifiesta como capacidad de fuerza. Esta relación invariable a dicha temperatura entre productos y reaccionantes. la energía que se pie rde o se disipa es igual a la que gana el ambiente. cuyo funciona miento se basa en el cambio de alguna propiedad física. luego para dos estados d el mismo gas 1 y 2 Para una misma masa gaseosa(por tanto. y su densidad es variable. ya que disminuye co n la altura. El fin de conocer estos datos es para saber la variación de gas en di ferentes alturas de la montaña y también el tipo de gas que esta produciendo el volcán al momento de escalarlo Ecuación general de los gases Ecuación no. no tiene una superficie def inida. por lo cual nos damos cuenta que los sistemas termodinámicos no solo los podemos aplicar o encontrar en maquinarias o aparatos que intercambien energía en cualquiera de sus formas.Gay-Lussac Trabajo respiratorio: Esta parte ayudara al escalador a tener cuidado y evitar daños a su salud en cuest ión de presión. Trabajo respiratorio y leyes de los gases ideales Ley de Boyle: Figura no. 2: Líneas (rectas) isóbaras de Charles. T es la temperatura (°c) del fluido o sustancia mas caliente.calorífica. entre otras razones porque vivimos inmers os en un gas ¿cuál es ese gas?. e inversamente proporcional a su temperatura Figura no. ésta se extiende a mucho s kilómetros por encima de la superficie de la Tierra. t es la te mperatura Diagramas de equilibrio-sistemas binarios Análisis térmicos-curvas de enfriamiento Se denominan análisis térmicos al estudio de la variación de la temperatura de un meta l o aleación mediante su calentamiento o enfriamiento Figura no. efectivamente. siempre que este no sufra ninguna transformación. Ley de los gases ideales El estudio de los gases es importante. 4 Conclusiones Al realizar un resumen de las actividades para escalar el Popocatépetl. el numero de moles n es constante). se han ide ntificaremos algunos sistemas termodinámicos. como el agua de los océanos. Las variaciones del volumen de la caja torácica hacen que las presiones cambien pe rmitiendo la entrada o salida de aire Ley de Charles El volumen ocupado por un gas es proporcional a la temperatura absoluta (V a T): en la inspiración se expande el volumen del aire por calentamiento al paso por la s mucosas Figura no. respiración y ritmo cardiaco Los cambios de volumen y presión en la caja torácica pueden medirse en términos de tra bajo Presión (P) x Volumen (L) = g/cm2 x cm3 =g x cm (fuerza x distancia= trabajo) Este trabajo representa el 4 % de la energía que se consume. si no que también los sistemas termodinámicos los encontramos en nuestro entorno en nuestras actividade . 4 Partiendo de la ecuación de estado Tenemos que: Donde R es la constante universal de los gases ideales. 3 El volumen de un gas es inversamente proporcional a su presión: P a 1/V. podemos afirmar que existe una constante directamente proporcional a la presion y volum en del gas. 1 Con cantidades d calor constante por unidad de tiempo tenemos una elevación contin ua de temperatura. es la atmósfera. la resistencia eléctrica o el color. y para fabricar moléculas estables (anabolismo) para lo cual necesita alim entarse. el escalador y/o el escalador-entorno La situación que se trabajara será el entorno. solamente hay que tener visión para distinguir y relacionar todo nuestro ento rno y Para saber en que parte de la termodinámica se encuentra la actividad que se esta realizando. Describe con claridad la situación o tema que se trabajará: el entorno. Actividad) TM(W/kg kJ/h senderismo 4 992 escalada 9. Figura no. ingiriendo moléculas de gran energía libre (nutrición) que a partir de determ inadas reacciones de combustión dan lugar a productos de menor energía (catabolismo) .9 2500 andar rápido 5 1250 correr 15 3780 estar de pie 2. Ley cero de la termodinámica La temperatura es una de las variables termodinámicas que se requiere medir. al momento de estar a Cierta altura del popo y a que el clima y las condiciones del volcán cambian a diferentes alturas del popo. a pesar de encontrarse en un entor no de temperatura generalmente inferior que se puede tomar como una media de 15ºC. la altura . el cambio de temperatura (variación del clima). Modelo del metabolismo El cuerpo humano puede ser considerado como un sistema termodinámico abierto. es la relación entre el consumo de energía y la energía que el organismo necesita. Balance energético: esto nos ayuda a saber cuanta energía se necesita para escalar e l Popocatépetl.6 650 Termorregulación: un organismo vivo como el ser humano es considerado como un sist ema termodinámico abierto en estado aproximadamente estacionario. la tasa metabólica (TM). como la longitud. el volum en. Según la actividad desarrollada. 5 Esquema de las principales rutas metabólicas Balance energético. que debe mantener su temperatura constante de 37ºC. Modelos matemáticos para resolver problemas en sistemas de termodinámica aplicados a l popo. consumiendo energía para desarrollar los trabajos internos y ex ternos. Identifica el o los problemas a resolver. será diferente. existe transfere ncia de energía y de materia hacia el medio. Identifica los modelos que usarás para resolver el o los problemas. Los problemas a resolver son entre otras cosas la inclinación del volcán. las fumarolas de cenizas y las posibles erupciones del volcán. cuyo funciona miento se basa en el cambio de alguna propiedad física. Por otra parte está continuamente intercambiando materia y energía con sus alrededo res (metabolismo).s diarias yen nuestro mismo cuerpo y el tener el conocimiento de estos datos nos hace saber que nuestro entorno y nosotros mismos estamos ligado con la termodinám ica. pero a pesar de ello la temperatura s e mantiene constante. T1 = T2 Equilibrio En este caso usamos la medición de las temperaturas para identificar los grados a la intemperie en los que se esta. la velocid ad del viento. es decir la cantidad de calor que se produce en nuestro cu erpo (termogénesis) se iguala con la cantidad de calor que se pierde (termólisis). . lo cu al se hace por medio de los instrumentos conocidos como termómetros. para mantener el equilibrio la energía consumida debe ser igual a la ut ilizada. la presión. ley cero de la termodinámica. podemos afirmar que e xiste una constante directamente proporcional a la presion y volumen del gas. el numero de moles n es constante). Sistema abierto con en relación al entorno del volcán Son los sistemas que presentan relaciones de intercambio con el ambiente. Con los conceptos de esta unidad: Identifica cada uno de los sistemas termodinámicos del sistema. etc. Las reaccio nes anabólicas. sin atracción ni repulsión entre ellas y cuyos choques son perfectamente elástic os (conservación de momento y energía cinética). modificando su funcionalidad y por ende. Son eminentemente adaptativos. Las enzimas t ambién se comportan como factores reguladores de las vías metabólicas. La ley de los gases ideales Es la ecuación de estado del gas ideal. siguiendo una secuencia de reacciones bajo la intervención de diferentes enzimas (generalmente una para cada sustrato-reacción). Ecuación general de los gases Partiendo de la ecuación de estado Tenemos que: Donde R es la constante universal de los gases ideales. Formula del equilibrio térmico Ecuación no. el clima. o según señales de otras células. etc. donde un compuesto químico (sustrato) es transformado en otro (producto). esto es. dispositivos electrónicos. a través de entradas y salidas. t es la te mperatura Catabolismo y anabolismo Catabolismo y anabolismo. luego para dos estados del mismo gas 1 y 2 Para una misma masa gaseosa (por tanto. y este a su vez funciona como sus trato para generar otro producto. utilizan esta energía liberada para recomponer enlaces quím icos y construir componentes de las células como lo son las proteínas y los ácidos nuc leicos. *Los sistemas termodinámicos que se describan pueden ayudar a elegir los utensilio s necesarios para evitar cualquier contingencia al escalar el Popo. Las reacciones catabólicas liberan energía. También los sistemas termodinámicos pueden incluir los bancos de nubes. Es el que p uede intercambiar materia y energía libremente con el entorno. L as enzimas son cruciales en el metabolismo porque agilizan las reacciones físico-q uímicas. puesto que cada uno depende del otro.Equilibrio térmico Se dice que los cuerpos en contacto térmico se encuentran en equilibrio térmico cuan do no existe flujo de calor de uno hacia el otro. un proceso de degradación de compuestos como la glucosa. un ejemplo es la glucolisis. en cambio. resulten en reacciones favorables. un gas hipotético formado por partículas puntu ales. la actividad completa de la vía metabólica en respuesta al a mbiente y necesidades de la célula. pues hacen que posibles reacciones termodinámicas deseadas pero "desfavorab les". El catabolismo y el anabolismo son procesos acoplados que hacen al metab olismo en conjunto. 3 Q= m1cp1 (T2-T1) = m2cp2 (t2-t1) Donde m es la masa de uno de los componentes o fluidos (kg). T es la temperatura (°c) del fluido o sustancia mas caliente. cp es la capacidad calorífica. cuya reacc ión resulta en la liberación de la energía retenida en sus enlaces químicos. En esta parte se considera un sistema abierto el medio que rodea al volcán y a que tiene una frontera imaginaria y se considera de un estado de flujo uniform . Los sistemas abiertos intercambian materia y energía regul armente con el medio ambiente. Esto nos servirá para al ir escalando c alcular la densidad de los gases como el oxigeno y los gases emanados por el vol cán y también tiene relación con el sistema de respiración. La economía que la activ idad celular impone sobre sus recursos obliga a organizar estrictamente las reac ciones químicas del metabolismo en vías o rutas metabólicas. cada uno de estos dispositivos pueden ser: tipo de ropa. mediante un acoplamiento. para sobr evivir deben reajustarse constantemente a las condiciones del medio. e inversamente proporcional a su temperatura 2. La definición del sis tema. la masa de cada uno o el número de moles. roca que le da forma cónica de un estado de flujo uniforme porque est e estado. se llaman v ariables termodinámicas o coordenadas termodinámicas. pero tam bién aquellas que proceden de otras ramas de la Física como el Electromagnetismo (in tensidad del campo eléctrico o magnético. LEY CERO: EQUILIBRIO TERMICO Y TEMPERATURA El sistema de un volcán esta en contacto con un sistema exterior que es su entorno . En este caso también la fatiga del escalador variara porque de acuerdo a la ley de la gravedad si subes tienes que realizar un esfuerzo mayor a que si vas de baja da. porque son aquellos sistemas en los cuales el flujo que entra es diferente al que sale. la lluvia cae en el volcán pero sale en forma de vapor Sistema abierto con en relación al volcán El volcán es un sistema termodinámico abierto. Variables térmicas: Son las que surgen de los postulados propios de la Termodinámica o combinaciones d e estas con variables mecánicas. y entre ellas las más importante s en el estudio de la termodinámica son: La masa El volumen La densidad La presión La temperatura Describe los cambios que ocurren en las variables termodinámicas en cada sistema p lanteado. como presión. Por ejemplo. temperatura también varia al ir acercándose al cráter del colca (altu ra) Variables mecánicas: Son aquellas que proceden de una interacción mecánica.). Variables del Sistema abierto con en relación al entorno y al volcán Las variables que tienen relación con el estado interno de un sistema. En este caso la densidad del oxigeno variara de acuerdo a la relación altura temper atura del medio ambiente. Variables de composición: Especifican can la cantidad de cada uno de los componentes. volumen. y hay ocasiones que el v olcán hace erupción y en este caso la masa que sale es mayor a la que entra al volcán (sistema) Identifica las variables termodinámicas en cada uno de los sistemas. En este caso la combinación del esfuerzo de escalar y las condiciones del clima y el volcán se conjugan para llevar a cavo esta variable. Se denominan variables termodinámicas a aquellas magnitudes termodinámicas asociadas a Un sistema en equilibrio termodinámico. la presión también variara de acuerdo a la altura que se t enga en el volcán. etc.e. de pared real que viene siendo la cap a de tierra. por ejemplo el entorno al volcán pueden entrar corrientes de aire y al salir de la frontera puede salir humo o cenizas debido a que el volcán esta produc iendo estos efecto. el volcán para estar vivo su entrada de masa es por medio de fallas geológ icas o por el constante movimiento de la tierra que se van hacia el sub-suelo de l cual por medio de canales o vías que van directo al volcán de calienta se funde y después sale en forma de humo fumarolas o erupciones pero en material o masa entra nte no es la misma a la que sale por el cráter del volcán . Describe el comportamiento de los sistemas de acuerdo a la Ley Cero de la termod inámica. Universidad de Leiden.. Chem.ve/ciencias/wbarreto/fisica21/. Soave.jsp?iCve=84 903578 .. Editor ial Paidotribo. Urieta Na varro. Obtener la temperatura optima para poder escalar. 27 (1972) 1197 1203. El intercambio de energía permit e que las variables macroscópicas de ambos sistemas del volcán y la intemperie cambi en. Juan J. van der Waals.. es. Juan A. Cuando esto ocurre decimos que ambos sistemas están en equilibr io térmico. Eng.net/health/Metabolism-Thermodynamics-(Spanish).com/doc/59981974/La-Termodinamica-en-Del-Ejercicio-Fisico http://www. Saber la actividad del volcán para la fecha de la escalada. Tener un conocimiento del clima. José S./termodinámica http://es. Saber la densidad de los vapores a cada altura del Popocatépetl. no arroja fumarolas es d ecir cuando esta inactivo por tal motiva no hay interacción o alteración entre los d os sistemas (volcán e intemperie). para poder tener la visión requerida. Saber la altura del Popocatépetl. Plantea una solución parcial a tu problema. (1873) G. Saber los cambios de temperatura a cada cierta altura. Barcelona. se establece un flujo de energía en form a de calor esto seria al exhalar fumarolas o una erupción del volcán en este caso sa ldría la energía en forma de calor con masa fundida .net/f oros/index.aspx http://rojointenso. Ruiz Sánchez. Termodinámica Química. La presión atmosférica que se maneja en las diferentes alturas./Voceto-de-Evidencia-Termodinamicawebdelprofesor.. Ahora. Editorial Síntesis Dietrich Martin et alii. Rodríguez Renuncio. Tesis de posgrado Sobre la Continuidad de los Estados Líquido y Gaseoso. Ambos sistemas pueden estar en esta dos diferentes y el cambio que experimenta uno no tiene efecto en el otro esto s e da cuando el volcán esta estable y no tiene erupciones.mx/src/inicio/ArtPdfRed. Los cambios ocurren hasta que en ambos sistemas las variables macroscópicas se hacen constantes. Bibliografía: J.D.com/. Sci. Equilibrium constants for a modified Redlich-Kwong equation of state.ula. herramienta y tiempo ne cesario para realizar dicha actividad.uaemex.news-medi cal.php?showtopic=7038 redalyc..scrib d. Con todos estos datos podremos obtener que tipo de ropa. del día y la hora que se piensa escalar. Saber la temperatura exterior que tiene la pared del volcán. si la pared que separa a los sistemas A y B es sustituida por una pared diatérmica. 2001. Manual de metodología del entrenamiento deportivo.scribd. Dos sistemas el volcán e intemperie pueden estar aislados el uno del otro y del entorno a ellos a través de paredes adiabáticas.