calor, trabajo y energia

Calor, Trabajo y Energía
Interna

Calor, Trabajo y Energía
Interna
●

La energía interna es la energía total asociada a los
componentes microscópicos (átomos y moléculas) de
un sistema, vista desde un referencial solidario al
centro de masas del mismo.

Calor, Trabajo y Energía
Interna
●

●

La energía interna es la energía total asociada a los
componentes microscópicos(átomos y moléculas) de
un sistema, vista desde un referencial solidario al
centro de masas del mismo.
El calor es definido como la transferencia de energía
a través de la frontera de un sistema, debida a la
diferencia de temperatura del mismo con sus
alrededores.

Calor, Trabajo y Energía
Interna
Consideremos un gas ideal, en equilibrio
térmico, ocupa un volumen V y ejerce una
presión P.●

Calor, Trabajo y Energía
Interna
Consideremos un gas ideal, en equilibrio
térmico, ocupa un volumen V y ejerce una
presión P. Entonces, la fuerza que ejerce
el gas sobre el pistón será F=PA.
●

Calor, Trabajo y Energía
Interna
Consideremos un gas ideal, en equilibrio
térmico, ocupa un volumen V y ejerce una
presión P. Entonces, la fuerza que ejerce
el gas sobre el pistón seráF=PA. Ahora,
se empuja el pistón hacia abajo
comprimiendo el gas de manera
cuasiestática. Esto es, lentamente, de
modo que el sistema recorre una sucesión
de estados de equilbrio térmico, desde su estado inicial hasta su
estado final.
●

Calor, Trabajo y Energía
Interna
Consideremos un gas ideal, en equilibrio
térmico, ocupa un volumen V y ejerce una
presión P. Entonces, la fuerza queejerce
el gas sobre el pistón será Fg=PA. Ahora,
se empuja el pistón hacia abajo
comprimiendo el gas de manera
cuasiestática. Esto es, lentamente, de
modo que el sistema recorre una sucesión
de estados de equilbrio térmico, desde su estado inicial hasta su
estado final. Para esto el pistón es empujado hacia abajo con
una fuerza igual y contraria a la ejercida por el gas, F =−F 

j
extg
de modo que el trabajo efectuado sobre el gas será:
●

dW =Fxt⋅d  =−F ⋅dy  =−F dy =−P A dy =−P dV
r
j
j
e

Calor, Trabajo y Energía
Interna
El trabajo efectuado sobre el gas, es
dW =−P dV , por lo cual, si el gas es
comprimido, dVTc. Experimentalmente podemos hallar el calor ΔQ que
se transmite a través del material, de la cara más fría a la mas caliente
en un tiempo Δt. Latasa de transmisión de calor por conducción,
˙
Q ≈  Q /  t es proporcional al área A de la placa y al gradiente térmico
 T =T h −T c , y inversamente proporcional al grosor de la placa, Δx.

Mecanismos de Transferencia
de Calor
●

Conducción Térmica

O sea, que la tasa de conducción térmica a través
de la placa verifica:
˙ ∝A T
Q
x
dT
˙
Q =−k A
˙ ∣=−k A d T
∣Q
dx
dx∣∣

donde la constante k es la conductividad térmica del material
y el signo establece la dirección del flujo de calor: de la pared más
caliente a la más fría.

Mecanismos de Transferencia
de Calor
●

Conducción Térmica
dT

∣∣
dx

se llama gradiente térmico.

Si una barra de material de longitud L y
sección A está aislada de modo que el
calor sólo puede escapar por losextremos de la barra, entonces el
gradiente térmico de la barra será:
d T  T h− T c 
≈
dx
L

∣∣

Mecanismos de Transferencia
de Calor
●

Conducción Térmica
dT

∣∣
dx

se llama gradiente térmico.

Si una barra de material de longitud L y
sección A está aislada de modo que el
calor sólo puede escapar por los extremos de la barra, entonces el
gradiente térmico de la barra será:d T  T h− T c 
≈
dx
L

∣∣

En ese caso, la tasa de calor transferido será:

˙
∣Q∣≈ k A

 T h −T c 
L

Mecanismos de Transferencia
de Calor
●

Conducción Térmica

Si considero una sucesión de materiales
en esta condición, con la misma sección
A, pero diferentes constantes ki y
longitudes Li ( i=1,2,...N ),tendremos
que la tasa total de calor transmitido
entre los...