cuestionario

CLASE 3 ENERGÍA, TRABAJO Y CALOR
1. OBJETIVOS
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Definir los términos de calor y trabajo.
Identificar las formas de energía.
Analizar los tres mecanismos de transferencia de calor.
Identificar la convención de signos para calor y trabajo.
Identificar el concepto de trabajo realizado en la frontera.

2. INTRODUCCIÓN
En esta clase se definirán energía, trabajo y calor. Laenergía en primer lugar debeser
considerada según la Ley de la conservación de la energía: La energía no se crea ni se
destruye solo se transforma.
El calor y el trabajo son las dos maneras de las cuales la energía se puede transferir a
través del límite de un sistema.
Trabajo se puede convertir en una cantidad equivalente de calor y calor se puede
convertir en trabajo.
Para analizar talessistemas, necesitamos modelar el calor y el trabajo como funciones
de las propiedades y parámetros característicos de los sistemas o del modo como ellos
funcionan.

3. FORMAS DE ENERGÍA
¿qué es energía? Por su forma se puede decir:
•

formas macroscópicas: DE UN SISTEMA COMO UN TODO EN RELACIÓN A UN
MARCO DE REFERENCIA EXTERIOR (cinética y potencial)

•

formas microscópicas: RELACIONADAA LA ESTRUCTURA MOLECULAR DEL
SISTEMA Y EL GRADO DE ACTIVIDAD MOLECULAR (interna)

La suma constituye lo que llamamos de energía total, E o la energía total específica, e,
definida como E/m. Las unidades son: [J] (o J/kg, en el caso de la energía específica)
Las formas microscópicas de energía incluyen energía debido a la rotación, a la
vibración, a la traslación, y a las interaccionesentre las moléculas de una sustancia.
Ningunas de estas formas de energía se pueden medir o evaluar directamente, el
cambio en la suma total de todas estas formas microscópicas de energía es la energía
interna, U; o energía interna específica, u, J/kg.
Ejemplo: Energía Mecánica, usada en el transporte de un fluido.
Definición: Forma de energía que se puede convertir completamente en trabajomecánico de modo directo mediante un dispositivo mecánico como una turbina ideal.

Ejemplo: Energía eólica
Un sitio evaluado para construir un parque eólico tiene vientos permanentes a una
velocidad de 8.5 m/s. Determine la energía eólica a) por unidad de masa, b) para una
masa de 10kg y c) para un flujo de 1154 kg/s de aire.
𝑚2

a)𝑒𝑐 =

8.52 ( 2 )
𝑠

b) Ec =

2

𝐽

1 𝑘𝑔

( 1𝑚2 )= 36.125
𝑠2

J
36.125
kg

̇
c) 𝐸𝑐 = 36.125

𝐽
𝑘𝑔

𝐽
𝑘𝑔

× 10 𝑘𝑔 = 361.25 𝐽
×

1154𝑘𝑔
𝑠

= 41688.25 J/s

4. TRANSFERENCIA DE ENERGÍA POR CALOR
Calor: Forma de energía que se transfiere entre dos sistemas (o entre un sistema y el
exterior) debido a una diferencia de temperatura.
Proceso adiabático: cuando no hay transferencia de calor.
Mecanismos de transporte de calor:conducción, convección y radiación.

Figura 3.1 Mecanismos de transferencia de calor.

Transferencia de energía por trabajo
Cuando la energía que cruza la frontera de un sistema cerrado no es calor. El trabajo
no es una característica de un sistema. El trabajo es un proceso hecho por o en un
sistema, un sistema no contiene ningún trabajo.

5.

CONVENCIÓN

Considerando un sistema, laconvención de signos es de acuerdo a la Figura 3.2, donde
nos muestra que cuando entra calor al sistema, el signo es positivo; sin embargo,
cuando sale calor del sistema el signo es negativo. Por otro lado, cuando el trabajo es
aplicado sobre el sistema, el signo es negativo; cuando el sistema realiza trabajo el signo
es positivo.

Figura 3.2

6.

Convención de signos para calor y trabajoTRABAJO REALIZADO EN LA FRONTERA MÓVIL DE UN

SISTEMA MÓVIL COMPRESIBLE
En este caso el trabajo debe ser calculado para como la integración de presión y
volumen del estado 1 al estado 2, tal como se observa en la Figura 3.3.
Si la presión es constante, entonces el trabajo total es la integración de volumen.

Figura 3.3 Trabajo de un gas contenido en un cilindro con pistón

El...