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Publicado: 2 de abril de 2012
TRABAJO EN LOS PROCESOS TERMODINÁMICOS
El calor es la energía transferida entre un sistema y su entorno debido a una diferencia de temperatura entre ellos, pero existe otro tipo de transferencia de energía entre ambos que se denomina trabajo. El trabajo es la energía transferida entre un sistema y su entorno por métodos que no dependen de la diferencia de temperatura entre ambos. La energíapuede transferirse en forma de trabajo mediante fuerzas eléctricas y magnéticas, pero aquí se tratará del trabajo mecánico realizado por las fuerzas que ejerce el sistema sobre su entorno. Nos vamos a referir al trabajo del sistema sobre su entorno y no el que realiza éste sobre aquel. El trabajo es positivo siempre que se transfiere energía del sistema a su entorno.
Consideremos un gas enequilibrio térmico contenido en un recipiente cilíndrico ajustado mediante un émbolo móvil y sin rozamiento de área A. El gas ocupa un volumen V y ejerce una presión uniforme P sobre las paredes del cilindro y el émbolo. Supongamos que el gas se comprime cuasi-estáticamente, es decir, lo suficientemente despacio para que conserve su equilibrio térmico en todo momento.
Si se aplica una fuerza F =PA produciendo un desplazamiento infinitesimal dx, el trabajo que realiza es,
dW = Fdx = PAdx = PdV,
dW = PdV ; trabajo realizado por el gas.
El trabajo realizado sobre el gas es,
dW = - PdV.
Si se comprime el gas, dV es negativo y el trabajo realizado sobre el gas es positivo. Si el gas se expande dV es positivo y el trabajo sobre el gas es negativo. Si el volumenpermanece constante, el trabajo sobre el gas es cero.
El trabajo total realizado sobre el gas está dado por,
W = - ∫vi PdV = - P(Vf – Vi) = - PΔV
Este proceso se considera isobárico, es decir a presión constante. Si utilizamos la ecuación de estado P = nRT/V ,
W = - ∫vi PdV = - ∫vi nRT /V dV = - nRT∫vi dV/ V = - nRT(LnVf – Lnvi)
W = - nRT Ln Vf/ Vi
[pic]PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA
También conocida como principio de conservación de la energía para la termodinámica — en realidad el primer principio dice más que una ley de conservación—, establece que si se realiza trabajo sobre un sistema o bien éste intercambia calor con otro, la energía interna del sistema cambiará. Visto de otra forma, esta ley permite definir el calor como la energíanecesaria que debe intercambiar el sistema para compensar las diferencias entre trabajo y energía interna. Fue propuesta por Nicolas Léonard Sadi Carnot en 1824, en su obra Reflexiones sobre la potencia motriz del fuego y sobre las máquinas adecuadas para desarrollar esta potencia, en la que expuso los dos primeros principios de la termodinámica. Esta obra fue incomprendida por los científicos de suépoca, y más tarde fue utilizada por Rudolf Loreto Clausius y Lord Kelvin para formular, de una manera matemática, las bases de la termodinámica.
La ecuación general de la conservación de la energía es la siguiente:
Eentra − Esale = ΔEsistema
Que aplicada a la termodinámica, teniendo en cuenta el criterio de signos termodinámico, queda de la forma:
ΔEint = Q − W
Donde Eint es la energíainterna del sistema (aislado), Q es la cantidad de calor aportado al sistema y W es el trabajo realizado por el sistema.
Hemos identificado dos tipos de transferencia de energía entre un sistema y su entorno: calor y trabajo. La convención de signos es la siguiente:
a) Si se cede calor al sistema Q > 0
b) Si se extrae calor del sistema Q < 0
c) El trabajo que realiza elsistema es : W > 0 , si se transfiere energía al exterior
d) W < 0 si se transfiere energía desde el exterior.
Si durante un proceso se cede un calor Q al sistema y éste realiza un trabajo sobre él; la energía total transferida al sistema desde el exterior es,
ΔEint = Q + W , W sobre el sistema
ΔEint = Q - W , W sobre...
El calor es la energía transferida entre un sistema y su entorno debido a una diferencia de temperatura entre ellos, pero existe otro tipo de transferencia de energía entre ambos que se denomina trabajo. El trabajo es la energía transferida entre un sistema y su entorno por métodos que no dependen de la diferencia de temperatura entre ambos. La energíapuede transferirse en forma de trabajo mediante fuerzas eléctricas y magnéticas, pero aquí se tratará del trabajo mecánico realizado por las fuerzas que ejerce el sistema sobre su entorno. Nos vamos a referir al trabajo del sistema sobre su entorno y no el que realiza éste sobre aquel. El trabajo es positivo siempre que se transfiere energía del sistema a su entorno.
Consideremos un gas enequilibrio térmico contenido en un recipiente cilíndrico ajustado mediante un émbolo móvil y sin rozamiento de área A. El gas ocupa un volumen V y ejerce una presión uniforme P sobre las paredes del cilindro y el émbolo. Supongamos que el gas se comprime cuasi-estáticamente, es decir, lo suficientemente despacio para que conserve su equilibrio térmico en todo momento.
Si se aplica una fuerza F =PA produciendo un desplazamiento infinitesimal dx, el trabajo que realiza es,
dW = Fdx = PAdx = PdV,
dW = PdV ; trabajo realizado por el gas.
El trabajo realizado sobre el gas es,
dW = - PdV.
Si se comprime el gas, dV es negativo y el trabajo realizado sobre el gas es positivo. Si el gas se expande dV es positivo y el trabajo sobre el gas es negativo. Si el volumenpermanece constante, el trabajo sobre el gas es cero.
El trabajo total realizado sobre el gas está dado por,
W = - ∫vi PdV = - P(Vf – Vi) = - PΔV
Este proceso se considera isobárico, es decir a presión constante. Si utilizamos la ecuación de estado P = nRT/V ,
W = - ∫vi PdV = - ∫vi nRT /V dV = - nRT∫vi dV/ V = - nRT(LnVf – Lnvi)
W = - nRT Ln Vf/ Vi
[pic]PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA
También conocida como principio de conservación de la energía para la termodinámica — en realidad el primer principio dice más que una ley de conservación—, establece que si se realiza trabajo sobre un sistema o bien éste intercambia calor con otro, la energía interna del sistema cambiará. Visto de otra forma, esta ley permite definir el calor como la energíanecesaria que debe intercambiar el sistema para compensar las diferencias entre trabajo y energía interna. Fue propuesta por Nicolas Léonard Sadi Carnot en 1824, en su obra Reflexiones sobre la potencia motriz del fuego y sobre las máquinas adecuadas para desarrollar esta potencia, en la que expuso los dos primeros principios de la termodinámica. Esta obra fue incomprendida por los científicos de suépoca, y más tarde fue utilizada por Rudolf Loreto Clausius y Lord Kelvin para formular, de una manera matemática, las bases de la termodinámica.
La ecuación general de la conservación de la energía es la siguiente:
Eentra − Esale = ΔEsistema
Que aplicada a la termodinámica, teniendo en cuenta el criterio de signos termodinámico, queda de la forma:
ΔEint = Q − W
Donde Eint es la energíainterna del sistema (aislado), Q es la cantidad de calor aportado al sistema y W es el trabajo realizado por el sistema.
Hemos identificado dos tipos de transferencia de energía entre un sistema y su entorno: calor y trabajo. La convención de signos es la siguiente:
a) Si se cede calor al sistema Q > 0
b) Si se extrae calor del sistema Q < 0
c) El trabajo que realiza elsistema es : W > 0 , si se transfiere energía al exterior
d) W < 0 si se transfiere energía desde el exterior.
Si durante un proceso se cede un calor Q al sistema y éste realiza un trabajo sobre él; la energía total transferida al sistema desde el exterior es,
ΔEint = Q + W , W sobre el sistema
ΔEint = Q - W , W sobre...
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