Contextualización

Introducción Teórica

Las máquinas térmicas son dispositivos muy importantes en nuestro mundo moderno. En su sentido más amplio, una máquina térmica es un dispositivo que convierte calor en trabajo o, más específicamente, energía térmica en trabajo útil. Esto ocurre a través de un ciclo termodinámico. El ciclo más conocido es el ciclo de Carnot, que es un caso idealizado y sirve como punto de referencia. Sin embargo, existen otros ciclos como el ciclo Otto (motores a gasolina) y el ciclo Diesel (motores Diesel).

Uno de los conceptos clave al tratar con máquinas térmicas es la primera ley de la termodinámica. La primera ley, que es simplemente otra forma de afirmar el principio de conservación de la energía, nos informa que la energía no puede ser creada ni destruida; solo puede ser convertida de una forma a otra. Por lo tanto, el calor que es absorbido por la máquina térmica del depósito de alta temperatura puede convertirse parcialmente en trabajo, mientras que el resto se expulsa al depósito de baja temperatura.

Otro concepto clave es la segunda ley de la termodinámica, que afirma que todos los procesos naturales son irreversibles y que la entropía de un sistema aislado solo puede aumentar. Esto implica que una máquina térmica nunca puede ser 100% eficiente: siempre habrá alguna pérdida de calor hacia el ambiente.

Contextualización e Importancia

Las máquinas térmicas son esenciales para muchas partes de nuestra vida cotidiana. Autos, camiones, motocicletas, aviones, generadores de electricidad y muchos otros dispositivos funcionan sobre la base del principio de las máquinas térmicas. Comprender cómo funcionan y las leyes que las rigen es crucial para muchos campos de la ciencia y la ingeniería.

Además, en un mundo donde las cuestiones climáticas y la sostenibilidad son cada vez más importantes, entender las máquinas térmicas y su eficiencia es crucial. Mejorar la eficiencia de las máquinas térmicas puede llevar a una reducción significativa en las emisiones de gases de efecto invernadero y ayudar a combatir el cambio climático.

Actividad Práctica

Título de la actividad: "Construye y prueba tu propia Máquina Térmica"

Objetivo del proyecto:

Este proyecto tiene como objetivo aplicar los conocimientos adquiridos sobre termodinámica y máquinas térmicas, a través de la construcción de un modelo simple de una máquina térmica y la verificación de su funcionamiento.

Descripción detallada del proyecto:

Los estudiantes deben dividirse en grupos de 3 a 5 personas. Cada grupo será responsable de construir un modelo de una máquina térmica, que deberá ser capaz de realizar trabajo utilizando solo calor como fuente de energía.

El proyecto se llevará a cabo en dos etapas principales: en la primera, los estudiantes deberán investigar diferentes tipos de máquinas térmicas, elegir un tipo y diseñar su modelo, incluyendo un dibujo esquemático y una lista de materiales necesarios. En la segunda etapa, los estudiantes deberán construir su modelo y probarlo, registrando los resultados.

El proyecto tiene una duración de una semana, durante la cual los estudiantes deben dedicar de 2 a 4 horas de trabajo fuera de las clases.

Materiales necesarios:

Los materiales necesarios para la construcción del modelo dependerán del tipo de máquina térmica elegida por los estudiantes. Sin embargo, algunos materiales que pueden ser necesarios incluyen:

• Latas de aluminio
• Globos
• Tubos de plástico
• Velas o lámpara
• Agua
• Imanes
• Cables de cobre
• Tachuelas o tornillos

Se debe alentar a los estudiantes a reciclar materiales siempre que sea posible y a usar la creatividad para resolver problemas de diseño.

Paso a paso para la realización de la actividad:

1. Investigación y elección del tipo de máquina térmica: Los estudiantes deben investigar sobre diferentes tipos de máquinas térmicas y elegir cuál construirán. La elección debe justificarse en términos de eficiencia, viabilidad y materiales disponibles.

2. Diseño del modelo: Basándose en la investigación realizada, los estudiantes deben diseñar el modelo de su máquina térmica. Deben hacer un dibujo esquemático del modelo y listar todos los materiales que serán necesarios para su construcción.

3. Construcción del modelo: En esta etapa, los estudiantes deben construir el modelo de su máquina térmica. Deben seguir el dibujo esquemático y utilizar los materiales listados en el proyecto.

4. Prueba del modelo: Después de la construcción, los estudiantes deben probar el funcionamiento de su máquina térmica. Deben registrar el proceso de prueba, incluyendo qué ajustes fueron necesarios y cuáles fueron los resultados.

5. Elaboración del informe: Finalmente, los estudiantes deben escribir un informe detallado sobre el proyecto, incluyendo una introducción al tema, la descripción del desarrollo del proyecto, las conclusiones obtenidas y la bibliografía utilizada.

Al final, los estudiantes deben presentar el modelo de la máquina térmica que construyeron, demostrar su funcionamiento y entregar el informe escrito. Este informe debe contener: introducción, desarrollo del proyecto (con detalles de la construcción y el funcionamiento de la máquina), conclusiones (con la eficiencia de la máquina) y bibliografía.

La información contenida en este informe debe ser clara y estar bien justificada, ya que se utilizará para evaluar la comprensión de los estudiantes sobre el tema y la aplicación de este conocimiento en la práctica.