Calor y trabajo

Calor y Trabajo
[pic][pic]Ya hemos visto que el calor es una forma de energía que se transmite de un cuerpo a otro debido a una diferencia de temperatura entre ellos. Hasta principios del siglo XIX se suponía que en todos los cuerpos existía una sustancia llamada “calórico”, en mayor cantidad cuanto más elevada era su temperatura. Se creía entonces, que al poner en contacto dos cuerpos dediferentes temperaturas, el de temperatura más elevada o sea el de mayor contenido calórico, cedía una parte de tal sustancia al de menor contenido calórico y ambos cuerpos alcanzaban la misma temperatura. Si bien esta teoría explicaba algunos procesos como la conducción del calor, o las mezclas en un calorímetro, algunos hechos experimentales la contradecían. Si el calor fuera una sustancia contenidaen su sistema, no sería posible extraerla indefinidamente sin que el sistema no cambie. Por ej, si dentro de un recipiente con agua se hace trabajar un agitador, podemos obtener del agua una cantidad indefinida de calor poniéndola en contacto con un sistema más frío, sin que el agua sufra ningún cambio. Esto demuestra entonces, que el calor no es nada más que una forma de energía, que se transmitecuando existe una diferencia de temperatura, y que se produce a partir de otra forma de energía que desaparece, como lo establece el primer principio.
Análogamente, el trabajo no es algo que pueda estar contenido en un sistema en cantidad definida. La experiencia indica que es posible aplicar una cantidad indefinida de trabajo a un sistema sin que sufra ningún cambio. Lo mismo que el calor, eltrabajo requiere una transmisión de energía, con la diferencia que no interviene directamente una diferencia de temperatura.
Podríamos entonces distinguir al calor del trabajo diciendo que son dos formas de energía que se transmiten de un sistema a otro, el primero por diferencia de temperatura y el segundo sin que intervenga directamente una diferencia de temperatura.
Por todo lo expuesto resultaevidente que no tiene sentido hablar de “calor contenido en un sistema”, o “trabajo contenido en un sistema”. Tanto el trabajo como el calor no están asociados al sistema en sí sino a los procesos que pueden provenir de la interacción entre sistema y medio exterior. Debe entonces entenderse que sólo tendrá sentido referirse a un “calor intercambiado” (entregado o extraído al sistema) o bien a untrabajo realizado “por” o “sobre” el sistema.
En el estudio entre las interacciones entre el sistema y su medio ambiente, donde intervienen cambios de energía como calor y trabajo, es importante establecer cuales son los límites del sistema y del medio ambiente. Veamos un ejemplo:
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En la figura se muestra un recipiente conteniendo en su interior agua, y dentro del agua una resistenciaeléctrica proveniente de un generador G, el cual es accionado por un peso que cae P. Si consideramos que el sistema está formado por el circuito Eléctrico, la resistencia, el agua y el recipiente, experimentalmente se observa que el peso al caer provoca un cambio en el sistema, (elevación de temperatura del conjunto). Como en este proceso no intervienen directamente diferencias de temperatura entre elsistema y medio ambiente que contiene las pesas, el cambio se habrá producido por un trabajo exterior realizado sobre el sistema (pesas que caen).
Si se toma como sistema sólo el agua y el recipiente y el medio ambiente lo forma la resistencia, el circuito eléctrico y las pesas que caen, la diferencia de temperatura entre la resistencia y el agua, provocará una transferencia de calor del medioambiente al sistema, es decir que sobre éste no se realiza directamente trabajo exterior. Vemos entonces que establecer los límites del sistema y su medio ambiente tiene importancia para determinar la causa que provoca el cambio de estado del sistema, si el flujo de calor, el trabajo exterior o ambas formas de energía a la vez.
Es importante recalcar que la termodinámica ofrece un aparato formal...