Conceptos Termodinamica unidad II


1. Interacciones de Energía y Trabajo.
Al igual que el calor, el trabajo es una interacción de energía que ocurre entre un sistema y el exterior. La energía puede cruzar la frontera de un sistema cerrado en forma de calor o trabajo; entonces, si la energía que cruza la frontera de un sistema cerrado no es calor, debe ser trabajo. Es fácil reconocer el calor: su fuerza impulsora es unadiferencia de temperatura entre el sistema y su entorno. Por lo tanto se puede decir simplemente que una interacción de energía que se origina por algo distinto a una diferencia de temperatura entre un sistema y el exterior es trabajo. De manera más específica, el trabajo es la transferencia de energía relacionada con una fuerza que actúa a lo largo de una distancia. Un pistón ascendente, un eje giratorioy un cable eléctrico que cruzan las fronteras del sistema son situaciones que se relacionan con interacciones de trabajo.
El trabajo es también una forma de energía transferida como calor y por lo tanto tiene unidades de energía como kJ. 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 seexpresa como:

El trabajo realizado por unidad de tiempo se llama potencia y se denota como W. Las unidades de potencia son kJ/s, o kW.
2. Concepto de Energía.
La energía puede existir en varias formas: térmica, mecánica, cinética, potencial, eléctrica, magnética, química y nuclear, cuya suma conforma la energía total E de un sistema, la cual se denota por unidad de masa mediante e y se expresacomo:
e= E/m
La termodinámica no proporciona información acerca del valor absoluto de la energía total, sólo trata con el cambio de ésta, que es lo importante en los problemas de ingeniería. Así, a la energía total de un sistema se le puede asignar un valor de cero (E=0) en algún punto de referencia que resulte. El cambio de energía total de un sistema es independiente del punto de referenciaseleccionado. La disminución en la energía potencial de una roca que cae, por ejemplo, depende sólo de la diferencia de alturas y no del nivel de referencia seleccionado.
En el análisis termodinámico, con frecuencia es útil considerar dos grupos para las diversas formas de energía que conforman la energía total de un sistema: macroscópicas y microscópicas. Las formas macroscópicas de energía son lasque posee un sistema como un todo en relación con cierto marco de referencia exterior, como las energías cinética y potencial. Las formas microscópicas de energía son las que se relacionan con la estructura molecular de un sistema y el grado de la actividad molecular, y son independientes de los marcos de referencia externos. La suma de todas las formas microscópicas de energía se denomina energíainterna de un sistema y se denota mediante U.
En 1807 Thomas Young acuñó el término energía y en 1852 lord Kelvin propuso su uso en termodinámica. El concepto energía interna y su símbolo U aparecieron por primera vez en los trabajos de Rudolph Clausius y William Rankine, en la segunda mitad del siglo XIX, y con el tiempo sustituyó a los términos trabajo interior, trabajo interno y energíaintrínseca empleados habitualmente en esa época.
La energía macroscópica de un sistema se relaciona con el movimiento y la influencia de algunos factores externos como la gravedad, el magnetismo, la electricidad y la tensión superficial. La energía que posee un sistema como resultado de su movimiento en relación con cierto marco de referencia se llama energía cinética (EC). Cuando todas las partes de unsistema se mueven con la misma velocidad, la energía cinética se expresa como:

O bien, por unidad de masa;

donde V denota la velocidad del sistema con respecto a algún marco de referencia fijo. La energía cinética de un cuerpo sólido que gira se determina mediante 1/2 Iw2, donde I es el momento de inercia del cuerpo y v es la velocidad angular. La energía que posee un sistema como resultado de...