Universidad Nacional Autónoma de México
Dirección General de Computo y de Tecnologías
 de Información y Comunicación
  Trabajo realizado con el apoyo del Programa UNAM-DGAPA-PAPIME PE110517

SISTEMAS FÍSICOS

Y TRABAJO ADIABÁTICO

Framed[OpenerView[{Style["1. Objetivos",Darker[Gray],FontFamily->"Calibri","Title",24],Style["
-Comprender el concepto de trabajo adiabático.
-Identificar los sistemas físicos y la relación con su entorno.
-Analizar el proceso adiabático.

",FontColor->RGBColor["#1C3D6C"],FontFamily->"Calibri",16] 

}],RoundingRadius->5,FrameMargins->Large]

Tx1=TextCell["Un sistema físico es un agregado de objetos o entidades materiales físicas entre cuyas partes existe una conexión o interacción o un modelo matemático. Todos  los sistemas físicos se caracterizan por: 
■Tener una ubicación espacio-tiempo.
■Tener un estado físico sujeto a  evolución temporal.
■Poder asociarle una magnitud física llamada energía.
Para la inmensa mayoría de sistemas físicos, el objeto más básico que define a un sistema físico es el lagrangiano, que es una función escalar cuya forma funcional resume las interrelaciones básicas de las magnitudes relevantes para definir el estado físico del sistema.",White,FontFamily->"Calibri",16,TextJustification->1];

op1=OpenerView[{Style["1.1. Sistemas físicos y su relación con su entorno" , FontColor->White,FontFamily->"Calibri",Bold,24],TextCell["Los sistemas físicos pueden ser abiertos, cerrados o aislados, según que realicen o no intercambios con su entorno:
■Un sistema abierto es un sistema que recibe flujos (energía y materia) de su entorno. Los sistemas abiertos, por el hecho de recibir energía, pueden realizar el trabajo de mantener sus propias estructuras e incluso incrementar su contenido de información. El hecho de que los seres vivos sean sistemas estables capaces de mantener su estructura a pesar de los cambios del entorno requiere que sean sistemas abiertos.
■Un sistema cerrado sólo intercambia energía con su entorno, en un sistema cerrado el valor de la entropía es máximo compatible con la cantidad de energía que tiene.
■Un sistema aislado no tiene ningún intercambio con el entorno.",White,FontFamily->"Calibri",16,TextJustification->1]}];
Framed[OpenerView[{Style["1. Sistemas físicos", FontColor->White,FontFamily->"Calibri",30],Grid[{{Tx1,""},{op1,""}},Alignment->{{Left,Left},{Left,Left}}]}],RoundingRadius->5,Background->RGBColor["#1C3D6C"],FrameMargins->Large]

Tx2=TextCell["En termodinámica se designa como proceso adiabático a aquel en el cual el sistema termodinámico (generalmente, un fluido que realiza un trabajo) no intercambia calor con su entorno. Un proceso adiabático que es además reversible se conoce como proceso isentrópico. El extremo opuesto, en el que tiene lugar la máxima transferencia de calor, causando que la temperatura permanezca constante, se denomina proceso isotérmico.
El término adiabático hace referencia a volúmenes que impiden la transferencia de calor con el entorno. Una pared aislada se aproxima bastante a un límite adiabático. Otro ejemplo es la temperatura adiabática de llama, que es la temperatura que podría alcanzar una llama si no hubiera pérdida de calor hacia el entorno. En climatización los procesos de humectación (aporte de vapor de agua) son adiabáticos, puesto que no hay transferencia de calor, a pesar que se consiga variar la temperatura del aire y su humedad relativa.", FontColor->RGBColor["#1C3D6C"],FontFamily->"Calibri",16,TextJustification->1];
op2=OpenerView[{Style["2.1. Primer principio de la termodinámica",Darker[Gray],FontFamily->"Calibri",24],TextCell["La ley de la conservación de la energía afirma que la cantidad total de energía en cualquier sistema físico aislado (sin interacción con ningún otro sistema) permanece invariable con el tiempo, aunque dicha energía puede transformarse en otra forma de energía. En resumen, la ley de la conservación de la energía afirma que la energía no puede crearse ni destruirse, sólo puede cambiar de una forma a otra,1 por ejemplo, cuando la energía eléctrica se transforma en energía calorífica en un calefactor.
En termodinámica, constituye el primer principio de la termodinámica (la primera ley de la termodinámica).
En mecánica analítica, puede demostrarse que el principio de conservación de la energía es una consecuencia de que la dinámica de evolución de los sistemas está regida por las mismas características en cada instante del tiempo. Eso conduce a que la (traslación) temporal sea una simetría que deja invariante las ecuaciones de evolución del sistema, por lo que el teorema de Noether lleva a que existe una magnitud conservada, la energía.",FontFamily->"Calibri",16,TextJustification->1]}];
op3=OpenerView[{Style["2.2. Energía interna", Darker[Gray],FontFamily->"Calibri",24],TextCell["En física, la energía interna (U) de un sistema intenta ser un reflejo de la energía a escala macroscópica. Más concretamente, es la suma de:
■La energía cinética interna, es decir, de las sumas de las energías cinéticas de las individualidades que forman un cuerpo respecto al centro de masas del sistema.
■La energía potencial interna, que es la energía potencial asociada a las interacciones entre estas individualidades.
La energía interna no incluye la energía cinética traslacional o rotacional del sistema como un todo. Tampoco incluye la energía potencial que el cuerpo pueda tener por su localización en un campo gravitacional o electrostático externo.", FontColor->RGBColor["#1C3D6C"],FontFamily->"Calibri",16,TextJustification->1]}];
op4=OpenerView[{Style["2.3. Formula para los proceso adiabáticos", Darker[Gray],FontFamily->"Calibri",24],TextCell["Acorde con el primer principio de la termodinámica obtenemos la siguiente formula para los procesos adiabáticos:
■ΔU+W=0
donde U es la energía interna del sistema y W es el trabajo realizado por el sistema. Cualquier trabajo (W) realizado debe ser realizado a expensas de la energía U, mientras que no haya sido suministrado calor Q desde el exterior. El trabajo W realizado por el sistema se define como:
■W=PΔV
", FontColor->RGBColor["#1C3D6C"],FontFamily->"Calibri",16,TextJustification->1]}];
op5=OpenerView[{Style["2.4. Simulador del proceso adiabático", Darker[Gray],FontFamily->"Calibri",24],Panel[Style[
Manipulate
[Module[{Vmin,pmax,pmin,V,p,T},Vmin=Vmax/γ;
pmax=(2 pavg)/(1+(Tmin Vmin)/(Tmax Vmax));
pmin=(2 pavg)/(1+(Tmax Vmax)/(Tmin Vmin));
V[t_]:=Piecewise[{{Vmax,0≤t<1},{Rescale[t,{1,2},{Vmax,Vmin}],1≤t<2},{Vmin,2≤t<4},{Rescale[t,{4,5},{Vmin,Vmax}],4≤t<5},{Vmax,5≤t≤6}}];
p[t_]:=Piecewise[{{Rescale[t,{0,1},{pmax Vmin/Vmax,pmin}],0≤t<1},{Vmax pmin/Rescale[t,{1,2},{Vmax,Vmin}],1≤t<2},{Vmax pmin/Vmin,2≤t<3},{Rescale[t,{3,4},{pmin Vmax/Vmin,pmax}],3≤t<4},{Vmin pmax/Rescale[t,{4,5},{Vmin,Vmax}],4≤t<5},{Vmin pmax/Vmax,5≤t≤6}}];
T[t_]:=Piecewise[{{Rescale[t,{0,1},{Tmax,Tmin}],0≤t<1},{Tmin,1≤t<3},{Rescale[t,{3,4},{Tmin,Tmax}],3≤t<4},{Tmax,4≤t≤6}}];
GraphicsGrid[{{Dynamic[Graphics[{EdgeForm[{Black,Thick}],Red,Rectangle[{-1,2.01},{2,7}],Blue,Rectangle[{7.99,2},{11,7}],Translate[{Gray,Polygon[{{3,1.5},{7,1.5},{7,8},{6.49,8},{6.49,2.01},{3.51,2.01},{3.51,8},{3,8}}],Blend[{Blue,Gray,Red},Rescale[T[t],{Tmin,Tmax}]],Rectangle[{3.5,2},{6.5,2+5 V[t]/Vmax}],Gray,Rectangle[{3.5,2+5 V[t]/Vmax},{6.5,3+5 V[t]/Vmax}]},{Piecewise[{{1,0≤t<2},{Rescale[t,{2,3},{1,-1}],2≤t<3},{-1,3≤t<5},{Rescale[t,{5,6},{-1,1}],5≤t≤6}}],0}],Black,Text[Style[Row[{Round[Tmax-273.15],"°C"}],14],{1,4.5}],Text[Style[Row[{Round[Tmin-273.15],"°C"}],14],{9,4.5}],Text[Style[Row[{Round[T[t]-273.15],"°C"}],14],{4,0.5}],Text[Style[Row[{Round[p[t]]," kPa"}],14],{6,0.5}],Text[Style[Row[{Round[pmax Vmin/Tmax Log[Vmax/Vmin] (Tmax-Tmin)/1000]," J"}],14],{2.5,9}],Text[Style[Piecewise[{{"Enfriamiento isocórico",0≤t<1},{"Compresión isotérmica",1≤t≤2},{"Calefacción isocórica",3≤t<4},{"Expansión isotérmica",4≤t≤5}},""],14],{7,9}]},PlotRange->{{0,10},{0,10}},ImageSize->400]],Show[ContourPlot[(p Tmin V)/(pmin Vmax)-273.15,{V,Vmin-(Vmax-Vmin)/10,Vmax+(Vmax-Vmin)/10},{p,pmin-(pmax-pmin)/10,pmax+(pmax-pmin)/10},ContourLabels->Function[{x,y,z},Text[Style[Row[{z,"°C"}],12],{x,y},Background->White]],Contours->Automatic,ColorFunction->"Temperature"],ParametricPlot[{V[τ],p[τ]},{τ,0,6},PlotStyle->Directive[Black,Thick],Exclusions->None],Axes->False,Frame->{{True,False},{True,False}},PlotRangePadding->Scaled[0.05],FrameLabel->{"volumen","presión (kPa)"},AspectRatio->1,Epilog->Dynamic[{PointSize[0.03],Red,Point[{V[t],p[t]}]}],LabelStyle->{14},ImageSize->280]}}]],{{t,0,Style["tiempo",White,FontFamily->"TimesNewRoman",16]},0,6,Animator,AnimationRunning->False},{{Tmax,825,Style["Temperatura final caliente",White,FontFamily->"TimesNewRoman",16]},300,3600},{{Tmin,300,Style["Temperatura final fría",White,FontFamily->"Times New Roman",16]},78,300},{{pavg,200,Style["Presión media",White,FontFamily->"Times New Roman",16]},100,1000},{{Vmax,1600,Style["Volumen máximo",White,FontFamily->"Times New Roman",16]},200,2000},{{γ,2,Style["índice de compresión",White,FontFamily->"Times New Roman",16]},1.01,5},ControlPlacement->Top,AutorunSequencing->{2,3,4}],DefaultOptions->{Panel->{Background->RGBColor["#1C3D6C"]}}],FrameMargins->None]}];
Framed[OpenerView[{Style["2. Proceso adiabático",Darker[Gray],FontFamily->"Calibri",30],Grid[{{Tx2,""},{op2,""},{op3,""},{op4,""},{op5,""}},Alignment->{{Left,Left},{Left,Left},{Left,Left},{Left,Left},{Left,Left}}]}],RoundingRadius->5,FrameMargins->Large]

Framed[OpenerView[{Style["5. Bibliografía",White,FontFamily->"Calibri",24],TextCell["[1] Aguirre, C. Física III: actividades experimentales de electromagnetismo. México, Trillas, 2008. 
[2] Alvarenga, B. y Máximo A. Física general con experimentos sencillos. 4ª ed. México, Oxford, 2014. 
[3] Bravo, M. S. Física y creatividad experimentales: paquete didáctico Siladín para Física I y II. México, UNAM-CCH, 2006. 
[4] Bueche, F. y E. Hetch. Física general. 10ª ed. México, McGraw Hill, 2007. (Serie Schaum).
[5] Colavita, E. y Echeverría Arjonilla, E. Física. México, McMillan Castillo, 2012. (Red Joven).",FontColor->White,FontFamily->"Calibri",16]}],RoundingRadius->5,FrameMargins->Large,Background->RGBColor["#1C3D6C"]]

UN=;
FC=;
DG=;
Framed[Grid[{{"                            ",Image[UN,"Real"],"                    ",Image[DG,"Real"],"                    ",Image[FC,"Real"], "                          "}}],Background->RGBColor["#1C3D6C"]]