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CARACTERIZACIÓN DE LA UNIDAD 1. FENÓMENOS TÉRMICOS Y LEYES DE LA TERMODINÁMICA

Autores: Dr. Julio Pedro Vázquez Conde

MSC Zulema Pérez Gómez

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Objetivos:

  • Aplicar elementos del sistema  de  conocimientos  de  la  termodinámica  en  la  solución de problemas docentes relativos a obtención, transformación y empleo de la energía térmica, utilizando herramientas intelectuales y técnicas características de la actividad científica contemporánea, en particular de las computadoras.
  • Comunicar y defender los resultados de su actividad cognoscitiva a través de informes escritos y/o de la presentación oral de los mismos, haciendo uso correcto de la expresión oral y escrita y del vocabulario técnico de la termodinámica así como demostrar la disposición a reconsiderar los resultados obtenidos, a tener en cuenta los comentarios y sugerencias del resto de sus compañeros y profesor y a exponer sus criterios de manera respetuosa y adecuada del trabajo de los demás.
  • Valorar la utilización de las técnicas con fundamentos en los procesos termodinámicos en la solución de los problemas relacionados con el desarrollo sostenible, en particular el energético, así como las relaciones con otras ciencias, la tecnología y los servicios a la sociedad, y su  importancia para la cultura de las personas.
  • Exhibir, durante la resolución de las situaciones problémicas, rasgos positivos de la personalidad de los hombres de ciencia como: actitud inquisitiva, de penetración en la esencia de las cosas, fenómenos o procesos,  espíritu crítico ante la labor realizada, tenacidad, disciplina, iniciativa, independencia y creatividad.

 

Ideas esenciales y algunas consideraciones generales

 

Problemática de la unidad.

¿Bajo qué condiciones las actuales tecnologías energéticas, basadas en la quema de  combustibles fósiles, pueden contribuir a la satisfacción de las crecientes demandas de energía para el desarrollo de la sociedad garantizando su sostenibilidad?

Temáticas

Fuentes de energía. Fuentes renovables y no renovables de energía. Los combustibles fósiles. Origen, composición química y propiedades calóricas de los combustibles fósiles. La combustión de los combustibles fósiles y sus productos. Consecuencias medioambientales del uso de los combustibles fósiles. Ciclo de los combustibles fósiles. Temperatura. Calor. Procesos cuasiestáticos. El trabajo en la termodinámica. Equivalente mecánico del calor. Energía interna. Primer principio de la Termodinámica. Aplicaciones del primer principio de la Termodinámica. Procesos reversibles e irreversibles.  Segundo principio de la Termodinámica. Máquinas térmicas. Ciclos técnicos. Potencia. Eficiencia. Ciclo de Carnot. Consecuencias del segundo principio de la Termodinámica.

Habilidades.

  • Cálculo del calor específico de sustancias.
  • Cálculo de la cantidad de calor a partir de la ecuación fundamental de la calorimetría.
  • Cálculo del trabajo en procesos cuasiestáticos a presión constante.
  • Aplicación  del Primer Principio de la Termodinámica en el cálculo de: trabajo, cantidad de calor y variación de la energía interna.
  • Cálculo de la eficiencia de una máquina térmica.
  • Cálculo de la eficiencia de una máquina reversible de Carnot.
  • Medición de temperatura con un termómetro de laboratorio.
  • Utilización de tablas de calores específico y específicos de combustión de sustancias.
  • Utilización de un calorímetro para la determinación experimental del calor específico de sólidos.

Demostraciones.

  • Escalas termométricas.
  • Equilibrio térmico.
  • Transformación de calor en trabajo.
  • Transformación de trabajo en calor.

Trabajo de laboratorio.

  • Equilibrio térmico.
  • Calor específico de un sólido.

Indicaciones metodológicas.

Del análisis del uso de la energía térmica, de sus consecuencias para el medio ambiente, así como  del incremento de las demandas de energía para el desarrollo se formulará la problemática general de la unidad:

 

¿Bajo qué condiciones las actuales tecnologías energéticas, basadas en la quema de  combustibles fósiles, pueden contribuir a la satisfacción de las crecientes demandas de energía de la sociedad para el desarrollo, garantizando su sostenibilidad?

De esta se derivarán las siguientes preguntas claves:

  • ¿Cuáles son las principales fuentes de energía?
  • ¿Qué leyes rigen los fenómenos que permiten la obtención, transformación y empleo de la energía térmica?
  • ¿Bajo qué condiciones se puede obtener y transformar de manera estable y eficiente la energía térmica?
  • ¿Cuáles son las consecuencias para el medio ambiente de las tecnologías para obtener, transformar y utilizar la energía térmica?

 Relación entre las preguntas claves y el sistema de conocimientos de la unidad.

Pregunta clave

Sistema de conocimientos.

¿Cuáles son las principales fuentes de energía que puedan constituir alternativas a los combustibles fósiles?

Fuentes de energía. Fuentes renovables y no renovables de energía. Los combustibles fósiles.

¿Qué leyes rigen los fenómenos que permiten la obtención, transformación y empleo de la energía térmica?

 

Temperatura. Calor. Procesos cuasiestáticos. El trabajo en la Termodinámica. Equivalente mecánico del calor. Energía interna. Primer principio de la Termodinámica. Aplicaciones del primer principio de la Termodinámica.

¿Bajo qué condiciones se puede obtener y transformar de manera estable y eficiente la energía térmica?

 

Procesos reversibles e irreversibles.  Segundo principio de la Termodinámica. Máquinas térmicas. Ciclos técnicos. Eficiencia. Ciclo de Carnot. Consecuencias del segundo principio de la Termodinámica.

¿Cuáles son las consecuencias para el medio ambiente de las tecnologías para obtener, transformar y utilizar la energía térmica?

Origen, composición química y propiedades calóricas de los combustibles fósiles. La combustión de los combustibles fósiles y sus productos. Consecuencias medioambientales del uso de los combustibles fósiles. Ciclo de los combustibles fósiles.

 

Propuesta de dosificación de la unidad.

 

Clase

No.

Pregunta clave

Contenido

1

 

Introducción (a la asignatura en el grado y de la unidad).

2

1

Fuentes de energía. Fuentes renovables y no renovables. Los combustibles fósiles.

3

2

Importancia del estudio de los fenómenos permiten la obtención, transformación y empleo de la energía térmica. Temperatura. Calor. Ecuación fundamental de la calorimetría. Calor específico.

4

2

Procesos cuasiestáticos. El trabajo en la Termodinámica. La energía interna.

5

2

Primer Principio de la Termodinámica.

6

2

Aplicaciones  del Primer Principio de la Termodinámica.

7

2

Aplicaciones  del Primer Principio de la Termodinámica. Análisis crítico de los resultados del estudio realizado.

8

2

Sistematización y consolidación sobre el Primer Principio de la Termodinámica.

9

3

Importancia del estudio de los proceso para la obtención estable y eficiente de la energía térmica.

Procesos reversibles e irreversibles. Segundo Principio de la Termodinámica.

10

3

Máquinas térmicas. Ciclos técnicos: ciclos Otto y Diesel.

11

3

Máquinas térmicas. Ciclos técnicos: máquina de vapor. La Central Termoeléctrica (CTE). Eficiencia.

12

3

Ciclo de Carnot.

13

3

Consecuencias del Segundo Principio de la Termodinámica. Análisis crítico de los resultados del estudio realizado.

14

3

Sistematización y consolidación sobre el Segundo Principio de la Termodinámica.

15

4

Consecuencias medioambientales del uso de los combustibles fósiles.

Los combustibles fósiles: origen, composición química y propiedades calóricas.

16

4

La combustión de los combustibles fósiles y sus productos. Ciclo de los combustibles fósiles.

17

 

Sistematización y consolidación sobre el Primer Principio de la Termodinámica.

18

 

Sistematización y consolidación sobre el Segundo Principio de la Termodinámica.

19

 

Sistematización y consolidación sobre Primer y Segundo Principio de la Termodinámica.

Análisis crítico de los resultados del estudio realizado en la unidad.