PREGUNTAS GENERADORAS - UNIDAD 4

¿COMO ENTENDER LAS LEYES DE LA TERMODINAMICA Y LAS PROPIEDADES FISICAS DE LA MATERIA PARA COMPRENDER SU CONTRIBUCION EN EL DISEÑO DE MAQUINAS QUE GENERAN PROGRESO Y AVANCE DE LA CIENCIA?

La Tecnología es una característica propia del ser humano consistente en la capacidad de éste para construir, a partir de materias primas, una gran variedad de objetos, máquinas y herramientas, así como el desarrollo y perfección en el modo de fabricarlos y emplearlos con vistas a modificar favorablemente el entorno o conseguir una vida más segura.
El ámbito de la Tecnología está comprendido entre la  Ciencia y la Técnica propiamente dichas, Por tanto el término "tecnológico" equivale a "científico-técnico". El proceso tecnológico da respuesta a las necesidades humanas; para ello, recurre a los conocimientos científicos acumulados con el fin de aplicar los procedimientos técnicos necesarios que conduzcan a las soluciones óptimas. La Tecnología abarca, pues, tanto el proceso de creación como los resultados. Dependiendo de los campos de conocimiento, tenemos múltiples ramas o tecnologías: mecánica, materiales, del calor y frío, eléctrica, electrónica, química, bioquímica, nuclear, telecomunicaciones, de la información, ....

La actividad tecnológica influye en el progreso social pero también en el deterioro de nuestro entorno. Actualmente la Tecnología está comprometida en conseguir procesos tecnológicos acordes con el medio ambiente, para evitar que las crecientes necesidades provoquen un agotamiento o degradación de los recursos materiales y energéticos de nuestro Planeta. Evitar estos males es tarea común de todos; sin duda, nuestra mejor contribución  comienza por una buena enseñanza-aprendizaje de la Tecnología en los estudios de secundaria.

La termodinámica puede definirse como el tema de la Física que estudia los procesos en los que se transfiere energía como calor y como trabajo.

Sabemos que se efectúa trabajo cuando la energía se transfiere de un cuerpo a otro por medios mecánicos. El calor es una transferencia de energía de un cuerpo a un segundo cuerpo que está a menor temperatura. O sea, el calor es muy semejante al trabajo.

El calor se define como una transferencia de energía debida a una diferencia de temperatura, mientras que el trabajo es una transferencia de energía que no se debe a una diferencia de temperatura.

 Ley Cero de la Termodinámica (de Equilibrio):

"Si dos objetos A y B están por separado en equilibrio térmico con un tercer objeto C, entonces los objetos A y B están en equilibrio térmico entre sí".

Como consecuencia de esta ley se puede afirmar que dos objetos en equilibrio térmico entre sí están a la misma temperatura y que si tienen temperaturas diferentes, no se encuentran en equilibrio térmico entre sí.

Primera Ley de la Termodinamica

Esta ley se expresa como:

 E_int = Q - W

Cambio en la energía interna en el sistema = Calor agregado (Q) - Trabajo efectuado por el sistema (W)
Notar que el signo menos en el lado derecho de la ecuación se debe justamente a que W se define como el trabajo efectuado por el sistema.
Para entender esta ley, es útil imaginar un gas encerrado en un cilindro, una de cuyas tapas es un émbolo móvil y que mediante un mechero podemos agregarle calor. El cambio en la energía interna del gas estará dado por la diferencia entre el calor agregado y el trabajo que el gas hace al levantar el émbolo contra la presión atmosférica.

Segunda Ley de la Termodinamica

La primera ley nos dice que la energía se conserva. Sin embargo, podemos imaginar muchos procesos en que se conserve la energía, pero que realmente no ocurren en la naturaleza. Si se acerca un objeto caliente a uno frío, el calor pasa del caliente al frío y nunca al revés. Si pensamos que puede ser al revés, se seguiría conservando la energía y se cumpliría la primera ley.
En la naturaleza hay procesos que suceden, pero cuyos procesos inversos no. Para explicar esta falta de reversibilidad se formuló la segunda ley de la termodinamica, que tiene dos enunciados equivalentes:
Enunciado de Kelvin - Planck : Es imposible construir una máquina térmica que, operando en un ciclo, no produzca otro efecto que la absorción de energía desde un depósito y la realización de una cantidad igual de trabajo.
Enunciado de Clausius: Es imposible construir una máquina cíclica cuyo único efecto sea la transferencia continua de energía de un objeto a otro de mayor temperatura sin la entrada de energía por trabajo.

Tercera Ley de la Termodinámica.

La tercera ley tiene varios enunciados equivalentes:

"No se puede llegar al cero absoluto mediante una serie finita de procesos"

Es el calor que entra desde el "mundo exterior" lo que impide que en los experimentos se alcancen temperaturas más bajas. El cero absoluto es la temperatura teórica más baja posible y se caracteriza por la total ausencia de calor. Es la temperatura a la cual cesa el movimiento de las partículas. El cero absoluto (0 K) corresponde aproximadamente a la temperatura de - 273,16ºC. Nunca se ha alcanzado tal temperatura y la termodinámica asegura que es inalcanzable.

"La entropía de cualquier sustancia pura en equilibrio termodinámico tiende a cero a medida que la temperatura tiende a cero".

"La primera y la segunda ley de la termodinámica se pueden aplicar hasta el límite del cero absoluto, siempre y cuando en este límite las variaciones de entropía sean nulas para todo proceso reversible".

PROPIEDADES FISICAS DE LA MATERIA

Ciertos objetos son sólidos, como el hierro; otros son líquidos, como el agua, y otros son gaseosos, como el vapor. Algunos seres tienen vida, por ejemplo, las plantas y los animales. Otros son seres inertes, por ejemplo los minerales. Pero tanto los seres vivos como los seres inertes están formados por materia.

Todo lo que se encuentra a nuestro alrededor está formado por materia.

La materia tiene peso, ocupa un lugar en el espacio y la percibimos con nuestros sentidos. La parte más pequeña de una sustancia es la molécula. A su vez, las moléculas están formadas por átomos.

Estas son las propiedades físicas de la materia.

La inercia

Todo objeto en reposo opone resistencia al movimiento; es necesario aplicarle una fuerzapara que se mueva. Cuando intentamos detener un cuerpo que está en movimiento también encontramos resistencia a ese cambio. Así, por ejemplo, cuando un auto frena bruscamente los pasajeros se van hacia adelante porque tienden a mantener el movimiento que llevaban.
Por el contrario, cuando un auto arranca rápidamente, los viajeros se van hacia atrás porque tienden a mantener el estado de reposo que tenían hasta el momento de arrancar.
Cuando un ascensor inicia el descenso bruscamente, sentimos un “vacío” en el estomago. Esto se debe a que nuestros órganos internos se resisten a acompañar el movimiento.

La oposición de los cuerpos a modificar el estado de reposo  o de movimiento en que se encuentra es una propiedad de la materia, llamada inercia.

El volumen y la capacidad

Otra propiedad de la materia es el volumen, es decir, la materia ocupa un lugar en el espacio. Por lo tanto, el volumen de un cuerpo es la cantidad de espacio que ocupa dicho cuerpo. Si un objeto está ocupando un lugar, este espacio no puede ser ocupado simultáneamente por otro cuerpo. Esta cualidad de la materia se llama impenetrabilidad.
Por ejemplo, si ponemos una goma en un vaso lleno de agua, ésta se derrama porque la goma ocupa el lugar del agua desalojada. Muchas veces se confunden los términos volumen y capacidad. Sin embargo estos términos no son sinónimos.
La capacidad de un cuerpo es el espacio libre que posee y en el cual puede contener otro cuerpo. Cuando hablamos, por ejemplo, de la capacidad de un vaso, hacemos referencia a la posibilidad de que dicho vaso contenga un cierto volumen de agua, de leche, etcétera.

El peso

La Tierra atrae todos los cuerpos hacia su centro, debido a la fuerza de gravedad. Ésta es la causa por la que todos los cuerpos pesan.

El peso de un cuerpo es la fuerza con que la Tierra atrae a dicho cuerpo.

  

¿ COMO COMPRENDER DE MANERA ACTIVA Y PRACTICA LOS CAMPOS

ELECTROSTATICOS Y LOS AVANCES EN LA PRODUCCION DE GRAN CANTIDAD DE DISPOSITIVOS QUE HAN CONTRIBUIDO AL DESARROLLO DE LA HUMANIDAD?

Las cargas eléctricas no precisan de ningún medio material para influir entre ellas y por ello las fuerzas eléctricas son consideradas fuerzas de acción a distancia. En virtud de ello se recurre al concepto de campo electrostático para facilitar la descripción, en términos físicos, de la influencia que una o más cargas ejercen sobre el espacio que les rodea.

El concepto de campo surge ante la necesidad de explicar la forma de interacción entre cuerpos en ausencia de contacto físico y sin medios de sustentación para las posibles interacciones. La acción a distancia se explica, entonces, mediante efectos provocados por la entidad causante de la interacción, sobre el espacio mismo que la rodea, permitiendo asignar a dicho espacio propiedades medibles. Así, será posible hacer corresponder a cada punto del espacio valores que dependerán de la magnitud de la propiedad del cuerpo que provoca la interacción y de la ubicación del punto que se considera.

El campo eléctrico representa, en cada punto del espacio afectado por la carga, una propiedad local asociada al mismo. Una vez conocido el campo en un punto no es necesario saber qué lo origina para calcular la fuerza sobre una carga u otra propiedad relacionada con él.

Así, si se coloca una carga de prueba en un punto cualquiera del espacio en donde está definido un campo eléctrico, se observará la aparición de atracciones o de repulsiones sobre ella. Una forma de describir las propiedades de este campo sería indicar la fuerza que se ejercería sobre una carga determinada si se trasladara de un punto a otro del espacio. Al utilizar la misma carga de prueba es posible comparar la intensidad de las atracciones o repulsiones en los distintos puntos del campo. La carga de referencia más simple, a efectos de operaciones, es la carga unidad positiva. La fuerza eléctrica que en un punto cualquiera del campo se ejerce sobre la carga unidad positiva, tomada como elemento de comparación, recibe el nombre de intensidad del campo eléctrico y se representa por la letra E. Por tratarse de una fuerza, la intensidad del campo eléctrico es una magnitud vectorial que viene definida por su módulo E y por su dirección y sentido.

Una de las más relevantes características de nuestros tiempos es la incuestionable importancia de la tecnología en todos los ámbitos sociales. Ya sea en pro, en contra o en posiciones intermedias, pues se considera como factor clave en el logro o no de metas y fines de índole social, cultural económico y político.

La idea social en relación con la tecnología se ubica en innumerables contextos donde sus aplicaciones o productos son venerados por considerarse socialmente útiles, o maldecidos por los impactos en el ambiente. Es así como toda la producción humana de instrumentos traducidos en artefactos, sistemas y procesos mirados desde el mismo momento en que el hombre se puede considerar hombre hasta nuestros días, está mediada por la discusión sobre el ser, la razón y el sentido de la tecnología.

En la mentalidad popular, el término tecnología es sinónimo de máquinas, cosas modernas o novedosas, inventos y, en general, toda la gama de productos tangibles que rodean al hombre. Por esta razón la pregunta ¿de cuál tecnología estamos hablando?, resulta a todas luces pertinente (nada fácil de responder) y aplicable también a la ciencia y a la técnica.

Una primera aproximación al término tecnología permite encontrar algunas explicaciones del porqué del uso a veces indiscriminado de la palabra técnica como sinónimo de tecnología. En efecto, el significado etimológico de la palabra técnica es la techné griega, a la que se refiere Platón para diferenciar las actividades desarrolladas con base en el conocimiento derivado de la relación directa con los objetos de aquellas que exigen fundamentación para realizarlas. Aristóteles es más preciso al afirmar que techné es una aptitud para captar discursivamente, es decir, exigiendo un fundamento explícito o explicitable y mediante razonamiento la verdad de una producción. Quien está en la techné puede dar respuesta discursiva y argumentativa en forma oral y escrita.

No obstante lo anterior, en la sociedad contemporánea es común considerar la técnica desde una concepción procedimental, más cercana a la definición de artesanía (del arslatino), cuya base es el método y la capacidad para desarrollar ciertas actividades a partir de la experiencia y la relación práctica con los objetos.

A su vez, en la concepción griega del mundo existe una clara diferencia entre la epistemecontemplativa y la techné utilitaria. La ciencia pura es theoría, contemplación desinteresada de las esencias. El elemento de la ciencia es el logos, el pensamiento especulativo y no la materia sensible.

A partir del siglo XVII la ciencia toma un rumbo más terrenal con una actitud más técnica y se posibilita la interacción entre las dos. Galileo Galilei convierte un instrumento de asombro (el catalejo de Flandes) en un instrumento de navegación y, posteriormente, en otro de investigación con el cual logra hacer los primeros dibujos de la luna y otros experimentos y observaciones astronómicos que marcaron un hito en la historia de la humanidad. El trabajo de Galileo permitió asociar estrechamente el aspecto teórico con el práctico a través del experimento. Así, un producto de la tecnología de la época (el catalejo) fue la base para el desarrollo de la ciencia experimental; de aquí en adelante no habría ciencia sin tecnología ni tecnología sin ciencia.

Ahora bien, hoy en día el común de la gente asocia el término tecnología con artefactos o instrumentos sofisticados como los computadores y las naves espaciales. Algunas definiciones parten de la estructura etimológica de la palabra y la presentan como el estudio de las técnicas, de las herramientas, de las máquinas, de los materiales (el logos de los productos técnicos). Otras la conciben como dependiente de la ciencia o como aplicación del conocimiento científico a fines prácticos, o como el estudio de las ciencias aplicadas con particular referencia a los diversos procedimientos para la transformación de las materias primas en productos de uso o de consumo (la ciencia de la aplicación del conocimiento a fines prácticos, la ciencia aplicada).

Desde otras ópticas, se define la tecnología como «la manera de hacer las cosas, el cómo se hacen las cosas», agregando el porqué se hacen. También se encuentran definiciones que enfatizan sobre los propósitos de la tecnología, describiéndola como «el intento racional y ordenado de los hombres para controlar la naturaleza».

Definiciones más amplias hablan de la tecnología como del factor creativo del proceso de producción de cuanta cosa ha desarrollado el hombre; como del hecho cultural básico de nuestra especie, la productividad del trabajo; como del intento del hombre por satisfacer sus requerimientos a través de su acción sobre objetivos físicos.

En síntesis, este breve panorama sobre las concepciones de la tecnología permite evidenciar algunos puntos recurrentes y tal vez imprescindibles en una concepción amplia de tecnología. Hombre, cultura, saberes, requerimientos y necesidades, trabajo e instrumentos, se encuentran de alguna manera mencionados en la concepción de tecnología, donde la invención es un factor clave y la creatividad corresponde a una actividad tanto individual como social.

En la actualidad mucho se sigue investigando en los grandes laboratorios tecnológicos educativos y privados; sin dejar de lado los notables avances en sistemas de visión por computadora (aplicados por ejemplo, para la clasificación de artículos revueltos -tornillería o piezas marcadas por códigos de colores, por citar un caso-), control robótico autónomo (Sony, con sus robots capaces de moverse en forma casi humana y reaccionar a presiones tal como lo hace una persona al caminar), aplicaciones de lógica difusa (aplicación del tracking automático en nuestras video caseteras, por citar una aplicación), etc. Sin embargo, la Inteligencia Artificial sigue en su gran mayoría acotado por su dominio tecnológico, y poco ha podido salir al mercado del consumidor final o a la industria.