Transformación de trabajo en calor y viceversa

Transformación de trabajo en
calor y calor en trabajo
Motores y Frigoríficos.

De lo expuesto, se debe concluir que cualquier sistema que este
expuesto al intercambio de trabajo y calor con el exterior debe
satisfacer la 1a-Ley.
ΔU = Q + W
Se deduce que si el sistema sólo sirve de intermediario (ΔU=0):
W=Q
!Debería poder convertirse trabajo en calor y viceversa!.

La transformaciónde W en Q con ó sin cambio de estado (ΔU=0) puede
realizarse sin problema (al 100%). Sin embargo, la transformación de Q en W se
realiza sólo con eficiencias menores al 100%, salvo que haya cambios de edo.

Desde la revolución industrial hasta la actualidad, la transformación
del calor u otra forma de energía en trabajo ha ocupado un lugar
primordial en la ciencia. Así, en la actualidad sehabla de:
Eficiencia de la energía nuclear, al considerar que ella puede
transformarse en W mediante el aprovechamiento del calor
producido en las rxn´s nucleares.
Eficiencia de las celdas solares. Cantidad de energía que se puede
obtener considerando la cantidad de radiación que incide sobre ellas.
Eficiencia de los fenómenos termoeléctricos; donde se intenta
generar energía eléctricamediante un gradiente de temperatura.
...

Trabajo en calor
Si los sistemas son pequeños:
tan pronto se genere calor,
éste se fluye directamente al sistema al
que se le quiere transferir calor.
Al retirarlos, idealmente no
habrá cambiado su estado (ellos
no se calientan):
Así, aunque sea de poca importancia,
vemos que:Todo el trabajo externo se
ha transformado en calor cedido
alrecipiente (las fuentes de trabajo
las suponemos infinitas).
Los sistemas que realizaron
el trabajo sólo fueron intermediarios.

Calor en trabajo.
-Se puede transformar Q en W.
-Sí la transferencia de calor es
muy lenta y la diferencia de
temperatura entre la fuente y el
sistema intermediario es mínima
(Solo la necesaria para que exista
flujo de calor): →
Todo el Q se transformara en W.!Sin embargo, se observa que
al final hay un cambio de
estado!

Lo mas importante:
¿Se puede transformar calor en trabajo sin alterar el
estado del sistema intermediario?:
Sí

Como? :
a través de un proceso cíclico.

La formulación de la segunda ley surge del análisis
de la máquinas de vapor o térmicas cíclicas:
¿cual es el trabajo máximo obtenible en una
máquina térmica que trabajaen ciclos?

MAQUINA TERMICA CICLICA

Todas la máquinas térmicas de ciclos se basan en la absorción
de una cantidad de calor de una fuente caliente, la generación
de trabajo, y la entrega parcial (para realizar el ciclo) de otra
cantidad de calor a una fuente fría.

NOMECLATURA:

|Q1|- Calor total absorbido por el sistema
de la fuente caliente.
|Q2|- Calor total cedido por elsistema calor
a la fuente fría.
|W|- Trabajo total realizado por el sistema.

• Sí |Q1|> |Q2| y si |W| es cedido por el sistema durante un ciclo,
se tiene un motor térmico.
• Sí |W| es realizado sobre el sistema durante el ciclo, y sí |Q1|<
|Q2| y, se tiene un frigorífico.

Eficiencia de la Máquinas térmicas.
Eficiencia: η≡|W|/|Q1|
Dado que es un proceso cíclico
ΔU=0 y |W|=QNETO =Q1-Q2
∴η=|W|/|Q1|= (Q1-Q2)/Q1
=1- Q2/Q1
η=1 ⇔ Q2=0; i,e, el sistema no podrá regresar a su
estado inicial (ver experimentos anteriores).

Frigoríficos

Sí a una máquina reversible se le recorre en sentido contrario, se
tiene aparato que consume trabajo externo a costa del cual transfiere
calor de un cuerpo frío a uno caliente.
Definición:

ε≡|Q2|/|Wtotal|= |Q2|/|Q1|-|Q2|

Principios deKelvin-Planck y Clausius:
Teóricamente, las observaciones experimentales mencionadas al inicio
se resumen en los siguientes teoremas:
K-P: Toda transformación cíclica cuyo único resultado final sea
absorber calor de una fuente térmica y transformarla íntegramente
en trabajo es imposible.
C: Toda transformación cíclica, cuyo único resultado final sea el de
transferir una cierta cantidad de...