Energia Interna

 

Energía interna

La condensación surge cuando un vapor o gas pasa a estado

 

líquido tras enfrentarse a una superficie, 

por lo general fría, que hace disminuir su temperatura. 

En el cambio de fase hay un porcentaje de 

energía llamado calor latente.

Variación de energía interna

La energía interna de los sistemas de partículas puede variar, 

independientemente

de su posición espacial o forma adquirida (en el caso de los líquidos 

y gases).

Por ejemplo, al introducir calor a un sistema cerrado de partículas,

 se añade energía térmica que incidirá en la energía interna del 

conjunto.

Ejemplos de energia

1.   Baterías. En el cuerpo de las baterías cargadas se alberga una energía interna

 aprovechable, gracias a las reacciones químicas entre los ácidos y los metales pesados

 en su interior. Dicha energía interna será mayor cuando su carga eléctrica sea completa

 y menor cuando se haya consumido, aunque en el caso de las pilas recargables esta energía

 pueda volver a incrementarse introduciendo electricidad del tomacorrientes.

2.   Gases comprimidos. Considerando que los gases tienden a ocupar el volumen total del 

recipiente en que se los contenga, pues su energía interna variará en la medida en que esta 

cantidad de espacio sea mayor y aumentará cuando sea menor. Así, un gas disperso en una 

habitación tiene menos energía interna que si lo comprimimos en una bombona, ya que sus

 partículas estarán obligadas a interactuar más estrechamente.

3.   Aumentar la temperatura de la materia. Si aumentamos la temperatura de, por ejemplo, un

 gramo de agua y un gramo de cobre, ambos a una temperatura base de 0 °C, notaremos que a 

pesar de ser la misma cantidad de materia, el hielo requerirá una mayor cantidad de energía 

total para alcanzar la temperatura deseada. Esto se debe a que su calor específico es mayor,

 es decir, sus partículas son menos receptivas con la energía introducida que las del cobre, 

sumando mucho más lentamente el calor a su energía interna.

4.   Agitar un líquido. Cuando disolvemos azúcar o sal en agua, o propiciamos mezclas semejantes,

 solemos agitar el líquido con un instrumento para propiciar una mayor disolución. Esto se debe al

 incremento en la energía interna del sistema que produce la introducción de esa cantidad de 

trabajo (W) provista por nuestra acción, que permite una mayor reactividad química entre las

 partículas involucradas.

5.   El vapor de agua. Puestos a hervir agua, notaremos que el vapor posee una mayor energía 

interna que el agua en estado líquido en el recipiente. Esto se debe a que, a pesar de tratarse 

de las mismas moléculas (el compuesto no ha cambiado), para inducir la transformación 

física hemos añadido una cantidad determinada de energía calórica (Q) al agua, induciendo

 a una mayor agitación de sus partículas.

No se puede pasar por alto que, de acuerdo a pautas propias del ámbito de la termodinámica, en todo sistema cerrado se llega a comprobar que, en materia de energía interna, su variación total resulta igual que la cifra que se obtiene al sumar las cantidades de energía que llegan al sistema en modo de trabajo y calor. Hay que aclarar que, de todas maneras, es sumamente difícil establecer, en gran parte de los sistemas, cuál es la energía interna completa o absoluta.

Motor Stirling

Portada:

Escuela:

Tema: Energía térmica. Trabajo mecánico 

Título de la práctica:  Energía termina - Mecánica 

Materia: Introducción a la Física 4to año.

Estudiantes: 

Nombres y apellidos 

Profesor: Hernán Baracat 

Ciudad............., Partido de Almirante Brown 

Objetivos: aprender de manera práctica como la energía termica se puede  convertir en mecánica a través de un motor a vapor.

Marco teórico:

Un motor Stirling es un motor térmico que opera por compresión y expansión cíclica de aire u otro gas (el llamado fluido de trabajo) a diferentes niveles de temperatura que producen una conversión neta de energía calorífica a energía mecánica.^[1]​^[2]​ Más específicamente, es un motor térmico de ciclo cerrado regenerativo con un fluido gaseoso permanente. En esta definición, ciclo cerrado describe un sistema termodinámico en el que el fluido está permanentemente contenido en el sistema, y regenerativo describe el uso de un tipo específico de intercambio de calor y almacenamiento térmico, conocido como el regenerador. La inclusión de un regenerador es lo que diferencia a los motores Stirling de otros motores de ciclo cerrado.  

Motor tipo alfa Stirling. Tiene dos cilindros, el rojo es mantenido a una alta presión y temperatura, mientras que el azul es el enfriador. El hueco entre los dos cilindros contiene el regenerador.  

Motor tipo beta Stirling. Tiene un único cilindro con dos culatas, una con calor y otra en frío. Un émbolo libre desplaza el aire entre el espacio caliente y frío. Un cilindro de potencia al final del eje mueve el volante.

El motor Stirling fue inventado en 1816^[3]​ por el reverendo escocés Robert Stirling, quien lo concibió para rivalizar con el motor de vapor. En la práctica, su uso se redujo a aplicaciones domésticas durante casi un siglo.^[4]​ El motor Stirling se hizo famoso en 1842 cuando Stirling construyó una máquina con este diseño en Dundee, con una potencia de 37 caballos.^[5]​ Los motores Stirling tienen una alta eficiencia, si se los compara con los motores de vapor,^[6]​ y gran facilidad para ser aplicados a cualquier fuente de calor. Estas ventajas están haciendo que vuelva a haber interés este tipo de motores, y en su aplicación a sistemas captadores de energías renovables.

4. Datos y/o observaciones:

Observar como funciona el motor Stirling y describir con tus palabras que elementos ven que conforman dicho motor, y a partir de qué momento el motor empieza a funcionar. 

Describir que pasa con el led cuando colocamos los cables en cada borne del motor que gira. Cuál es la eficiencia de dicho motor.

 

Motor Stirling en funcionamiento:  

5. Gráficos

Realizar dibujos o graficos sobre los motores vistos durante la experiencia.

Motor Stirling casero: 

6. Cálculos y resultados  

Realizar el motor stirling casero visto en el video anterior

En caso de corresponder debe realizar los calculos solicitados.

En

7. Conclusiones y discusión

Realizar la conclusión sobre lo visto en la actividad: Explicar con tus palabras que te pareció la actividad y si puede realizarse un motor casero siguiendo lo visto en el video anteriormente

8. Respuesta a las preguntas

Preguntas:

1)      Describir con tus palabras como funciona el motor Stirling. Realizar Dibujos esquemáticos para contar el funcionamiento de dicho motor visto en clase.

2)      ¿Qué pasa cuando colocamos los cables del circuito en el motor que mueve el piston del motor?

3)      Qué opinas sobre los motores Stirling ¿son eficientes? ¿Con cuál combustible funcionan?

9. Bibliografía

Cambios de estado

 

Cuadros cambios de estado de Materia

Definiciones

¿Qué es el Calor Específico?

El calor específico es una propiedad física de la materia que representa la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de una unidad de masa de una sustancia en una cantidad específica.

Definición de calor sensible, calor latente

Calor sensible

Cuando el calor agregado o eliminado de una sustancia provoca un cambio de temperatura en el mismo, a este calor se le llama calor sensible, un ejemplo:

Si tenemos un vaso de agua líquida a 0ºC y queremos subir su temperatura hasta los 2ºC tendremos que añadirle una cierta cantidad de calor, este calor que provocará esta subida de temperatura será calor sensible.

Calor latente

El calor latente por contra, es aquel calor que agregado o eliminado de una sustancia, provoca un cambio de estado en el mismo, de sólido a líquido, de líquido a gaseoso, de sólido a gaseoso, etc.. este calor al contrario que el calor sensible, no provoca un cambio de temperatura, un ejemplo:

Partiendo del mismo ejemplo anterior, un vaso de agua líquida a 0ºC y queriendo cambiar de estado este agua a estado sólido (hielo), deberemos extraerle una cierta cantidad de calor para cambiar su estado, este calor necesario para este cambio de estado será calor latente, como resultado tendremos el mismo vaso de agua en estado SÓLIDO y a la misma temperatura 0ºC puesto que, del cambio de temperatura siempre se «encarga» el calor sensible.

Cuadro de calor latente y especifico

Calor específico

El calor específico de una sustancia es la cantidad de calor, que hace falta suministrar a la unidad de masa (1 kg) de dicha sustancia para elevar su temperatura 1 grado, por ejemplo:

Si tenemos 1 litro (1 kg) de agua a 30 ºC y queremos subir su temperatura a 31ºC, necesitaremos 1.000 calorías (4,186 kJ), estas 1.000 calorías será el calor específico del agua, si por contra queremos subir 10 grados de 30ºC a 40ºC, la cantidad de calor necesaria será de 1.000 cal x 10 = 10.000 cal.

Actividad:

1) Explicar con tus palabras que es un cambio de estado?

2) Realizar el cuadro de cambios de estado de la materia. Describir con tus palabras cada una de las definiciones de cambio de estado.

3) Describir que es el calor latente Y cual es su definición.

4)Describir que es el calor sensible. Y cual es su definición. 

5) Realizar el cuadro de calor latente y calor sensible

6) .Describir que es el calor especifico. Y cual es su definición

Simuladores de conduccion termica

 

Conductividad térmica

1- OBJETIVOS

1-Observar el fenómeno de la conductividad térmica

2- Comprobar como la conductividad termica es una propiedad específica.

2-FUNDAMENTO TEÓRICO

LOS CUERPOS NO TIENEN CALOR, TIENEN TEMPERATURA, ES DECIR ENERGÍA CINÉTICA DEBIDA AL MOVIMIENTOS DE SUS MOLÉCULAS. LLAMAMOS CALOR A LA FORMA EN LA QUE SE TRANSMITE LA ENERGÍA DESDE UN CUERPO CON MAYOR TEMPERATURA (CALIENTE) A OTRO CUERPO CON MENOR TEMPERATURA(FRÍO).

Puede encontrar información sobre la conductividad térmica en los siguientes enlaces:

https://concepto.de/conductividad-termica/

http://e-ducativa.catedu.es/44700165/aula/archivos/repositorio/1000/1157/html/22_mecanismos_de_transmisin_del_calor.html

3- MATERIAL Y PROCEDIMIENTO

mechero Bunsen	barra de aluminio	barra de acero
cronómetro	barra de cobre	barra de vidrio
fósforos	barra de bronce

Enciende los mecheros y observa el tiempo que tarda en prender cada uno de ellos.

4- ACTIVIDADES:

a) Con el simulador 1 ordena los materiales de la experiencia de mejor a peor conductor del calor.

Simulador 1 de conduccion

c) Observa en el simulador dos que pasa con las moleculas de los elementos y describir con tus palabras.

Simulador 2 de conduccion

Energía Nuclear - Accidentes - Reacción nuclear

 

 Chernóbil, o Chornóbil, es una ciudad en el norte de Ucrania, famosa por ser el lugar del peor accidente nuclear de la historia, que ocurrió en 1986 en la central nuclear cercana. El accidente, que involucró una explosión en el reactor número 4, liberó grandes cantidades de radiación a la atmósfera, afectando a gran parte de Europa. 

El accidente de Chernóbil fue una combinación de un mal diseño de la central nuclear, que además no disponía de un recinto de contención, junto con los errores producidos por los operadores de la misma.

La falta de una “cultura de seguridad”, consecuencia a su vez de la falta de un régimen político y social democrático en la Unión Soviética, está en la raíz del accidente de Chernóbil.

Fukushima se refiere principalmente al desastre nuclear ocurrido en la central nuclear Fukushima Daiichi tras el terremoto y tsunami de 2011 en Japón. También puede referirse a la prefectura de Fukushima, donde se encuentra la central, y a la ciudad de Fukushima, su capital. 

El accidente nuclear de Fukushima I

Fukushima Daiichi Genshiryoku Hatsudensho jiko?) comenzó en la central nuclear Fukushima I el 11 de marzo de 2011 a las 14:46 (JST o UTC+9) después de un terremoto de magnitud 9,0 en la escala sismológica de magnitud de momento que además provocó un tsunami en la costa noreste de Japón.[5]​ La planta nuclear, operada por la empresa Tokyo Electric Power Company (TEPCO), contenía seis reactores de agua en ebullición construidos entre 1971 y1979.[6]​


Se atribuye un muerto al accidente: en 2018, siete años después del desastre, se atribuyó un fallecido de cáncer al evento del 2011




El lunes 16 de abril de 2011 la Agencia de Seguridad Nuclear e Industrial (NISA) elevó el nivel de gravedad del incidente a 7 en la Escala Internacional de Accidentes Nucleares para los reactores 1, 2 y 3, el máximo en la escala INE y el mismo nivel que alcanzó el accidente de Chernóbil de 1986.[7]​

En resumen, el accidente fue provocado por el terremoto y tsunami de Tōhoku el 11 de marzo de 2011. Al detectar el terremoto, los reactores activos apagaron automáticamente sus reacciones de fisión. Debido a las descargas del reactor y otros problemas de la red, el suministro de electricidad falló y los generadores diesel de emergencia de los reactores comenzaron automáticamente a funcionar. Críticamente, estaban alimentando las bombas que hacían circular refrigerante a través de los núcleos de los reactores para eliminar el calor residual, que continúa a manar incluso después de que la fisión ha cesado. Pero el terremoto generó un tsunami de 14 metros de altura que llegó 46 minutos después, superó el dique de contención de las instalaciones de solo 5.7 metros e inundó los terrenos de la planta alrededor de los edificios del reactor de las Unidades 1 a 4 con agua de mar, que llenó lossótanos y destruyó los generadores de emergencia.[8]​ La pérdida accidental de refrigerante resultante condujo a tres fusiones de núcleo, tres explosiones de hidrógeno y la liberación de contaminación radiactiva en las Unidades 1, 2 y 3 entre el 12 y el 15 de marzo. Ninguna de esas explosiones se produjo en los reactores por lo que no hubo ninguna explosión nuclear, cosa que además no puede suceder debido al bajo nivel de enriquecimiento del combustible. El grupo de combustible gastado del Reactor 4 previamente apagado aumentó la temperatura el 15 de marzo debido al calor de descomposición de las barras de combustible gastado, recientemente agregadas; pero no se redujo lo suficiente como para exponer el combustible.

En los días posteriores al accidente, la radiación emitida a la atmósfera obligó al gobierno a declarar una zona de evacuación cada vez más grande alrededor de la planta, que culminó en una zona de evacuación con un radio de 20 kilómetros.[9]​ En total, unos 154 000 residentes fueron evacuados de las comunidades que rodean la planta debido a los crecientes niveles de radiación ionizante ambiental fuera del sitio causados por la contaminación radiactiva en el aire de los reactores dañados.[10]​

Grandes cantidades de agua contaminada con isótopos radiactivos fueron liberadas en el Océano Pacífico durante y después del desastre. Michio Aoyama, profesor de geociencia de radioisótopos en el Instituto de Radiactividad Ambiental, ha estimado que 18 000 TBq (terabecquerel) de cesio-137 (137Cs) radiactivo fueron liberados al Pacífico durante el accidente, y en 2013, 30 GBq de 137Cs todavía estaban fluyendo hacia el océano todos los días.[11]​ Desde entonces, el operador de la planta ha construido nuevos muros a lo largo de la costa y también ha creado un "muro de hielo" de tierra congelada de 1,5 kilómetros de largo para detener el flujo de agua contaminada.

Bombardeos atómicos de Hiroshima y Nagasaki


Los bombardeos atómicos de Hiroshima y Nagasaki (en inglés, atomic bombings of Hiroshima and Nagasaki; en japonés, 日本への原子爆弾投下 (Nippon e no genshi bakudan tōka?), lit., «caída de bombas atómicas en Japón») fueron dos ataques nucleares ordenados por Harry S. Truman, presidente de los Estados Unidos, contra el Imperio del Japón. Los ataques se efectuaron el 6 y el 9 de agosto de 1945 sobre las ciudades de Hiroshima y Nagasaki, respectivamente, lo que contribuyó, junto con la guerra soviético-japonesa, a la rendición de Japón y al fin de la Segunda Guerra Mundial. Después de seis meses de intenso bombardeo de otras 67 ciudades, el arma nuclear Little Boy fue soltada sobre Hiroshima el lunes[1]​ 6 de agosto de 1945,[2]​ seguida por la detonación de la bomba Fat Man el jueves 9 de agosto sobre Nagasaki. Entre 105 000 y 120 000 personas murieron y 130 000 resultaron heridas.[3]​[4]​[5]​ Hasta la fecha, estos bombardeos constituyen los únicos ataques nucleares de la historia.[6]​


Se estima que, hacia finales de 1945, las bombas habían matado a 166 000 personas en Hiroshima y 80 000 en Nagasaki,[7]​ totalizando unas 246 000 muertes, aunque solo la mitad falleció los días de los bombardeos. Entre las víctimas, del 15 al 20 % murieron por lesiones o enfermedades atribuidas al envenenamiento por radiación.[8]​ Desde entonces, algunas otras personas han fallecido de leucemia (231 casos observados) y distintos cánceres (334 observados) atribuidos a la exposición y a la radiación liberada por las bombas.[9]​ En ambas ciudades, la gran mayoría de las muertes fueron de civiles.[10]​[11
]


Seis días después de la detonación sobre Nagasaki, el 15 de agosto de 1945, el Imperio de Japón anunció su rendición incondicional a los «Aliados», haciéndose formal el 2 de septiembre con la firma del acta de capitulación. Con la rendición de Japón, concluyó la guerra del Pacífico y, por tanto, la Segunda Guerra Mundial. Como consecuencias de la derrota, el Imperio nipón fue ocupado por fuerzas aliadas lideradas por los Estados Unidos —con contribuciones de Australia, la India británica, el Reino Unido y Nueva Zelanda— y adoptó los «Tres principios antinucleares», que le prohibían poseer, fabricar e introducir armamento nuclear.[12]

Antes y despues

Como funcionan las bombas:

Bomba atomica en la actualidad

¿Por qué es seguro vivir en Hiroshima y Nagasaki pero NO en CHERNÓBIL?

Actividad:


Simulador de fisica fision





Radiación nuclear




Los tipos de desintegraciónAlfa: emisión de partículas constituidas por dos protones y dos neutrones. Estas partículas son idénticas a núcleos de helio (4He).
Beta: hay un tipo de desintegración, beta positivo y/o beta negativo. El beta positivo es una emisión de un positrón acompañado de un neutrino. El beta negativo es la emisión de un electrón acompañado de un antineutrino.
Gamma: es la emisión de fotones de frecuencia muy alta. El átomo radiactivo se conserva igual, pero con un estado de energía menor.



Interacción de la radiación con la materia

La radiación nuclear se emplea por ejemplo en la gammagrafía y en la medicina nuclear. La gammagrafía utiliza las interacciones de los rayos gamma al penetrar por los diferentes tejidos. La medicina nuclear elimina los tejidos malignos a partir de la radiactividad de elementos radiactivos introducidos en el paciente.

Los efectos de las radiaciones en los materiales son la ionización, la excitación atómica del material y la fisión. A estos le pueden seguir cambios químicos. Así por ejemplo, las partículas alfa, al penetrar en la materia, atraen a su paso eléctricamente a los electrones cercanos, produciendo la ionización de estos átomos.

Cuando un átomo radiactivo genera un positrón, este se asocia temporalmente a un electrón, formando un “átomo” llamado positronio, en el que el electrón y el positrón giran uno alrededor del otro. El positronio tiene una vida media de 10-10 segundos. Luego se aniquilan las dos partículas emitiendo rayos gamma de 511 keV.

Los rayos gamma transfieren su energía al material que atraviesan de tres formas diferentes. Estas son el efecto fotoeléctrico, el efecto Compton y la producción de pares.




Los rayos X son radiaciones electromagnéticas capaces de atravesar la materia orgánica e impresionarla en una placa con material fotográfico. Dependiendo de la densidad de los tejidos, los rayos llegan en mayor o menor cantidad a la placa, creando una imagen en tonos negros, grises y blancos.

El descubrimiento llegó el 8 de noviembre de 1895. Mientras estudiaba el poder de penetración de los rayos catódicos, Röntgen observó que una placa de cartón cubierta de cristales de platino-cianuro de bario emitía una fluorescencia, que desaparecía al desconectar de la corriente. Dicha fluorescencia indicaba la presencia de un rayo que atravesaba la placa.

Röntgen continuó repitiendo el experimento hasta descubrir que esos rayos (que denominó "rayos X" pero también se conocen como "rayos Röntgen") podían atravesar distintos tipos de materiales como papel, madera, aluminio, etcétera. Sin embargo, no atravesaban el plomo.

Entonces descubrió que al sostener un aro de plomo podía ver los huesos de la mano de su esposa, Anna Bertha Ludwig. Röntgen decidió imprimir esta imagen de los huesos en una placa fotográfica, y así fue como nació la primera radiografía.

mas informacion ingresar en la siguiente pagina:

https://sarisrosas.blogspot.com/2017/08/unidad-i-historia-conceptos-y-uso-de.html

A) Actividades Accidentes Nucleares :

1) Explica con tus palabras lo que  viste en los videos.Como fueron esos accidentes?

2) ¿Que tipo de energia se genera en las centrales nucleares?

3) ¿Se puede vivir en hiroshima?¿Que diferencia hay con chernobyl?

B) Actividades Bomba nuclear :

1) Explica con tus palabras lo que  viste en los videos acerca de las bombas nucleares.

2) ¿Que tipo de energia se genera en las bombas nucleares?

3) ¿En la actualidad se fabrican bombas similares?

C) Actividades Radiografias y radiacion :

1) Explica con tus palabras lo que  viste en los videos que es la radiacion y la historia de la radiografia.

2) ¿Que tipo de energia se genera para obtener radiografias?

3) ¿Se utiliza la radiacion para tratar enfermedades ? Explique con sus palabras.