Formas De Intercambiar Energia

Formas de intercambio de energía sistema-entorno
Para sistemas cerrados, el intercambio de energía sistema-entorno sólo puede ocurrir en dos formas: calor y trabajo.
Trabajo
[El trabajo en termodinámica siempre representa un intercambio de energía entre un sistema y su entorno. (Abbott y Vanness, 4)]
[Cuando un sistema sufre una transformación, este puede provocar cambios en su entorno.Si tales cambios implican el desplazamiento (variación) de las fuerzas que ejerce el entorno sobre el sistema, o más precisamente sobre la frontera entre el sistema y el entorno, entonces ha habido producción de trabajo. Dependiendo del origen físico de las fuerzas aplicadas al sistema se distinguen diferentes formas de trabajo realizado. (Thellier y Ripoll, 35)]
El trabajo tiene dimensiones deenergía y representa un intercambio de energía entre el sistema y su entorno. Por convención se considera que el trabajo realizado por el sistema es positivo y el trabajo efectuado sobre el sistema es negativo.
Trabajo mecánico
[El trabajo mecánico ocurre cuando una fuerza que actúa sobre el sistema lo mueve a través de una distancia. Tal como en mecánica este trabajo se define por la integralW = ò Fdl
donde F es la componente de la fuerza que actúa en la dirección del desplazamiento dl. En la forma diferencial esta ecuación se escribe:
dW = Fdl
donde dW representa una cantidad diferencial de trabajo.
No es necesario que la fuerza F en realidad provoque el desplazamiento dl; sin embargo, debe ser una fuerza externa. La convención de signos usual establece que el valor de W esnegativo cuando el trabajo se hace sobre el sistema y positivo cuando es hecho por éste.
En termodinámica, a menudo se encuentra trabajo efectuado por una fuerza distribuida sobre un área, por ejemplo, por una presión P que actúa a través de un volumen V, como en el caso de una presión de fluido ejercida sobre un pistón. En esta situación, el trabajo diferencial se expresa más convenientementecomo
dW = PdV
Donde P es la presión externa ejercida sobre el sistema. (Abbott y Vanness, 4)]
El trabajo mecánico se realiza a través del desplazamiento de una masa.
 
Fig. 5.7 |
[La Fig. 5.7 muestra un sistema A formado por un recipiente lleno de agua, un termómetro y una rueda de paletas. Este sistema puede interaccionar con el sistema más sencillo A' compuesto por un peso y la tierraque ejerce una fuerza gravitatoria conocida w sobre este peso. Los dos sistemas interaccionan puesto que el peso al caer hace que la rueda gire y agite el agua. Esta interacción es adiabática, ya que la única conexión entre los dos sistemas es la cuerda, que sólo transmite una cantidad despreciable de calor. El parámetro externo que describe el sistema A' es la distancia s del peso por debajo delnivel de la polea. Si el peso desciende una distancia Ds sin variación de velocidad, la energía media del sistema A' se reduce en una cantidad wDs, que es la disminución de la energía potencial del peso que resulta del trabajo realizado sobre él por la gravedad (el peso desciende normalmente con velocidad constante, puesto que alcanza muy rápidamente su velocidad límite. Si la velocidad del pesoestuviese cambiando, la variación de la energía media de A' vendría dada por la variación de la suma de las energías cinética y potencial del peso). Como el sistema combinado formado por A y A' está aislado, la energía media del sistema A debe aumentar entonces en el proceso en una cantidad wDs; es decir, el peso que cae, A', realiza un trabajo wDs sobre el sistema aislado adiabáticamente, A.(Berkeley, 213-214)] 
Trabajo de expansión
Cuando el trabajo se debe al desplazamiento de las fuerzas de presión exteriores que conllevan un cambio en el volumen del sistema se llama trabajo de expansión y se expresa por
dW = PdV

Trabajo eléctrico
 
Fig. 5.8 |
[Con medios eléctricos es posible realizar trabajo de modo más conveniente y medirlo a su vez con más exactitud (el trabajo es...