TERMODINÁMICA: PROTOTIPO
INTRODUCCIÓN
Hoy en día existen muchos problemas a nivel global y local, uno de los principales es el del daño al medio ambiente generado por las actividades humanas, éstas últimas incluyen muchos aspectos que incumben a empresas y fábricas, sin embargo también están los hábitos de todos los habitantes del planeta que poco a poco contribuyen al deterioro de la naturaleza.
Es indispensable corregir estos hábitos (de consumo) ya que son la base de todo un sistema contaminante. Así es, el consumismo tiene un papel fundamental en este problema, y para erradicarlo se han creado estrategias que muestran a la población en general la importancia del reciclaje para crear objetos propios en lugar de adquirirlos nuevos varias veces o en lugar de dejarse llevar por la publicidad cuando en realidad no necesitan lo que compran.
En este trabajo describimos un proyecto que realizamos y que servirá como un ejemplo práctico y útil para mostrar a las personas en general y estudiantes de nuestra preparatoria una forma fácil de sustituir el consumismo con creatividad, y que además emplea principios físicos de la termodinámica para resolver este problema ambiental.
COMPETENCIAS POR INTEGRANTE
MARCO TEÓRICO
Dos latas de aluminio recicladas.
Tijeras o cutter.
Pedazo de alambre (para sostener la lata).
Vela pequeña.
Un clavo pequeño.
Aguja.
Los pasos para su elaboración son de igual manera muy sencillos. En primer lugar se tiene que quitar la tapa de la base de una lata y pulir la misma para que esta no sea cortante y se harán las decoraciones respectivas con una aguja gruesa por medio de agujeros. Posteriormente para la base superior de la lata (con tapa), se hará una pequeña marca en el centro y de igual forma se puede decorar. Después para la otra lata, la cual nos servirá como base para sostener la vela y en sí, la lámpara, se le insertará un alambre de tal manera que quede de forma vertical y en la punta del mismo, el clavo pequeño sujetado con un alambre, que servirá también para el movimiento giratorio del prototipo. Ya teniendo los pasos anteriores completados, la vela se colocará con pegamento en la lata pequeña (base) y posteriormente se situará la lata grande (lámpara) encima de esta, y se podrá apreciar cómo empieza a girar debido al calor cuando se enciende la vela.
Razón de su Elección
Se seleccionó este prototipo porque las personas podrían elaborarlo por sí mismas debido a la facilidad de elaboración, además, al realizar el mismo se pueden reciclar diversos materiales (es ecológico) por lo que no se necesita comprar de más. También se relaciona con el tema de termodinámica de la materia de Física II ya que la lámpara se mueve debido a la acción mecánica del calor.
Problemática a Resolver
El principal problema que se busca resolver es el consumismo, nuestro prototipo es una aplicación práctica y útil para dar solución al mismo.
Muchas personas acostumbran comprar objetos por su marca, diseño, etc. y no por la razón por la que realmente lo necesitan, además no se detienen a reflexionar si lo que adquieren causará daños al medio ambiente, todo esto genera consumismo el cual está directamente relacionado con la contaminación.
Nuestra lámpara es sólo un ejemplo de las muchas cosas que se pueden hacer en casa reciclando en lugar de comprarlas, beneficiando al medio ambiente y al mismo tiempo cubriendo una necesidad.
Tomando en cuenta que también el uso de energía es una problemática de consumismo cuando se usa de manera inadecuada, tenemos otro beneficio de nuestro prototipo pues no utiliza electricidad. Además de esto sirve muy bien como un adorno.
¿A quién va dirigido?
A todas las personas en general, especialmente a los estudiantes de nuestra preparatoria para promover el consumo sustentable y la creatividad ecológica en los mismos.
Principio Físico
La termodinámica es la rama de la física que estudia los efectos de los cambios de temperatura, presión y volumen de un sistema físico, a un nivel macroscópico. La raíz "termo" significa calor y dinámica se refiere al movimiento, por lo que la termodinámica estudia el movimiento del calor en un cuerpo. Esta rama también estudia las transferencias de calor, la conversión de la energía y la capacidad de los sistemas para producir trabajo.
RELACIÓN ENTRE TRABAJO Y CALOR
Tanto el calor como el trabajo son modos en que los cuerpos y los sistemas transforman su energía. Esto permite establecer un equivalente mecánico del calor.
La termodinámica se rige por lo establecido en sus cuatro principios o leyes fundamentales, formuladas por diversos científicos a lo largo de la historia de esta disciplina. Dichos principios o leyes son:
Primer principio, o Ley de la Conservación de la energía. Establece que la cantidad total de energía en cualquier sistema físico aislado de su entorno será siempre la misma, aunque pueda transformarse de una forma de energía a muchas otras diferentes. En menos palabras: “La energía no puede crearse ni destruirse, sólo transformarse”.
Tercer principio, o Ley del cero absoluto. Dicta que la entropía de un sistema que sea llevado al cero absoluto será siempre una constante definida. Esto significa que al llegar al cero absoluto (-273,15° C o 0 K), los procesos de los sistemas físicos se detienen y la entropía posee un valor mínimo constante.
Principio cero o Ley del equilibrio térmico. Dicta que “si dos sistemas están en equilibrio térmico de forma independiente con un tercer sistema, deben estar también en equilibrio térmico entre sí”.
CALOR Y MOVIMIENTO DEL AIRE
Todo viento es causado por una diferencia de presión en el aire, el aire que está a mayor presión siempre se mueve hacia donde hay menor presión. El calor puede causar que un volumen cambie su presión. Cuando el aire se calienta sus moléculas se separan lo cual lo hace menos denso y tiende a subir empujado por el aire que está más frío y denso.
Esta es una forma de transferencia de calor por convección. Este ciclo da lugar a una continua circulación (corrientes convectivas) del calor hacia las regiones frías.
En los líquidos y en los gases la convección es la forma más eficiente de transferir calor.
En la siguiente imagen se aplica este principio haciendo que el movimiento del aire haga girar una espiral de papel que está sobre una vela:
Esto también tiene que ver con la formación de huracanes por las corrientes de aire frío y caliente, generando esa característica espiral rotatoria.
La lámpara que realizaremos funciona debido a los cortes de la parte superior en forma de hélice, la forma en la que el aire caliente que sube chocará con ellos los empujará en diagonal hacia fuera haciendo que el círculo (lata) gire.
CONCLUSIONES
Individuales
Sofía Arellano: La física es una ciencia muy completa y muy importante, ya que ayuda a diferentes procesos, para hacer o crear algún proyecto, como la elaboración de este, pues también se debe tomar en cuenta el consumismo innecesario que se realiza en todo el mundo, pues al ser creado este producto se ahorrará mucha energía evitando que también incremente la contaminación, ya que se utilizarán diferentes materiales que son desechados muy rápidamente, y con ayuda de la física se le dará un nuevo uso.
Cristina Arroyo: Si bien es cierto que los avances científicos y tecnológicos han contribuido a la contaminación ambiental, también lo es que se pueden usar para erradicar este problema de manera muy efectiva, todo depende de cómo sean utilizados, y con algo de creatividad se pueden hacer proyectos que beneficien al planeta. Nuestro proyecto es una muestra de ello ya que utilizando conocimientos básicos de termodinámica logramos hacer un prototipo sencillo y práctico que muchos pueden hacer en sus casa para aplicar sus conocimiento como lo hicimos nosotros.
Itzel Delgado: En la actualidad existe muchos problemas ambientales que son causados por la acción del hombre y que claramente nos afectan, por eso como nosotros causamos los problemas debemos resolverlos, la física es una de las disciplinas que nos puede ayudar a resolver estos problemas ambientales, porque gracias a temas como la termodinámica, podemos desarrollar diversos proyectos que ayuden en este caso a contrarrestar el consumismo y llevar un consumo sustentable.
Sara Lozano: Realmente la física, así cómo otras ciencias, forma parte de muchos procesos y ayuda a diversas actividades cotidianas cómo en este caso donde gracias a un principio físico muy interesante llamado termodinámica apoya como alternativa de solución hacia el problema del consumismo y del ahorro de energía, y cómo este existen miles de aportes de la ciencia que sirven para mejorar aspectos del tipo ambiental, ya sea como la contaminación, la protección de animales, el uso adecuado de los recursos, etc.
Yael Nava: El ambiente y la física no son cosas que no se lleven entre sí, de hecho la física estudia diversos factores en este, cosas que surgen naturalmente en algún momento. Para el tema del consumismo se encuentra en las posibles soluciones ya que se podrían usar recursos que para algunos ya serían obsoletos y convertirlos en cosas fabulosas usando los principios de la física.
María Rosales: La Física es de gran ayuda para realizar proyectos que contribuyan al medio ambiente mediante distintos principios físicos, ya que el problema de consumismo ha aumentado en los últimos años y ha provocado una excesiva contaminación hacia los recursos naturales debido a que la gente desecha gran cantidad de bienes y productos sin ningún otro tipo de uso posterior. Gracias al tema de la termodinámica, con nuestro prototipo podremos reducir esta contaminación y así contribuir a un consumo más sustentable pues es reciclable.
Grupales
Día con día se consumen grandes cantidades de productos comerciales, que a su vez después de haber cumplido su objetivo principal dejan residuos, que son los que provocan una gran cantidad de contaminación en el mundo, y una de las formas en las que podemos tratar de reducir esto es rehusando los materiales que se destinarán a la basura, obviamente no todos ya que algunos pueden repercutir en la salud, pero la gran mayoría sí los podemos reusar. Un ejemplo de la manera en la que podemos hacerlo es mediante esta lámpara que sirve de una muy buena manera como adorno, aparte de que mediante el uso de la termodinámica además de iluminar un área establecida posee un giro rotatorio que la hace más atractiva a la vista, ya que como tienes la opción de personalizarla a tu gusto proyectará la imagen que previamente hayas realizado.
ANEXOS
Anexo 1.
Diagrama de flujo de elaboración del prototipo.
Anexo 2.
Complemento de información “Termodinámica”.
Anexo 3.
Ejemplos del funcionamiento del prototipo.
Anexo 4.
Prototipo final (ejemplo).
REFERENCIAS
• CuriosaMente. (2017, 17 septiembre). ¿Por qué hay huracanes? YouTube. https://www.youtube.com/watch?v=NkaBiYLeeA4
• Fernández, J. (s. f.-b). ¿Qué es la Termodinámica? Recuperado 19 de octubre de 2020, de https://www.fisicalab.com/apartado/termodinamica-concepto
• Mundo App. (15 de noviembre, 2018). Tres proyectos de termodinámica con latas fáciles de hacer. [video] Recuperado el 19 de octubre, 2020 en https://www.youtube.com/watch?v=eZBcWAGUtgo
• Planas, O. (2020, 18 abril). Termodinámica. Leyes, sistemas y propiedades básicas. Recuperado el 19 de octubre de 2020 en https://solar-energia.net/termodinamica#:%7E:text=Las%20leyes%20de%20la%20termodin%C3%A1mica,ser%20definida%20para%20cualquier%20sistema.
• Termodinámica". Autor: María Estela Raffino. De: Argentina. Para: Concepto.de. Disponible en: https://concepto.de/termodinamica/. Consultado: 19 de octubre de 2020.
• Transmisión del calor. (s. f.). Recuperado 20-10-19, de http://teleformacion.edu.aytolacoruna.es/FISICA/document/fisicaInteractiva/Calor/Transmision.htm
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