Identificar y analizar mediante las leyes de la termodinámica las diversas manifestacionesCalor y trabajoEquipo #4

Calor

El calor se define como la forma de energía que se transfiere entre dos sistemas (o entre un sistema y el exterior) debido a una diferencia de temperatura.

La diferencia de temperatura es la fuerza motriz para la transferencia de calor. Mientras más grande es la diferencia de temperatura, mayor es la tasa de transferencia de calor.

La energía se reconoce como transferencia de calor sólo cuando cruza las fronteras del sistema.

Antecedentes

A mediados del siglo XIX se llegó a una verdadera comprensión física sobre la naturaleza del calor, gracias al desarrollo en ese tiempo de la teoría cinética, la cual considera a las moléculas como diminutas esferas que se encuentran en movimiento y que por lo tanto poseen energía cinética. De esta manera, el calor se define como la energía relacionada con el movimiento aleatorio de átomos y moléculas.

A principios del siglo XIX, se consideraba al calor como un fluido invisible llamado calórico que fluía de los cuerpos más calientes a los más fríos.

El calor se transfiere mediante tres mecanismos:Conducción: Es la transferencia de energía de las partículas más energéticas de una sustancia a las adyacentes menos energéticas, como resultado de la interacción entre partículas.Convección: Es la transferencia de energía entre una superficie sólida y el fluido adyacente que se encuentra en movimiento, y tiene que ver con los efectos combinados de la conducción y el movimiento del fluido.Radiación: Es la transferencia de energía debida a la emisión de ondas electromagnéticas (o fotones).

Calor

Trabajo

El trabajo es la transferencia de energía relacionada con una fuerza que actúa a lo largo de una distancia.

El trabajo realizado durante un proceso entre los estados 1 y 2 se denota por W12 o sólo W. El trabajo por unidad de masa de un sistema se denota mediante w y se expresa:

=

El trabajo realizado por unidad de tiempo se llama potencia y se denota como Ẃ. Las unidades de potencia son kJ/s, o kW.

Trabajo eléctrico

En un campo eléctrico, los electrones de un alambre se mueven por el efecto de fuerzas electromotrices, por lo tanto realizan trabajo. Cuando N coulombs de carga eléctrica se mueven a través de una diferencia de potencial V, el trabajo eléctrico realizado es:

Donde Ẃe es la potencia eléctrica e I es el número de cargas eléctricas que fluyen por unidad de tiempo, es decir, la corriente.

We = VNó

Ẃe = VI

Potencia eléctrica en términos de resistencia R, corriente I y diferencia de potencial V.

Forma mecánica del trabajo

En la mecánica elemental, el trabajo que realiza una fuerza constante F sobre un cuerpo que se desplaza una distancia s en la dirección de la fuerza se expresa como:

W = Fs. (kJ)Si la fuerza F no es constante, el trabajo realizado se obtiene al sumar las cantidades diferenciales de trabajo

W =

El trabajo hecho es proporcional a la fuerza aplicada (F) y la distancia recorrida (s).

Si no hay movimiento, no se realiza trabajo.

Hay dos requisitos para que se presente una interacción de trabajo entre un sistema y el exterior

1. Debe haber una fuerza que actúe sobre los límites.2. Estos deben moverse.

Por lo tanto, la presencia de fuerzas en la frontera sin ningún desplazamiento de la misma no constituye una interacción de trabajo. De modo similar, el desplazamiento de la frontera sin ninguna fuerza que se oponga a este movimiento o lo impulse (como la expansión de un gas al interior de un espacio al vacío) no es una interacción de trabajo ya que no se transfiere energía.

Forma mecánica del trabajo