Trabajo y calor
Páginas: 15 (3581 palabras)
Publicado: 24 de junio de 2011
TRABAJO Y CALOR
En este capítulo se consideran el trabajo y el calor. Para el estudiante de termodinámica es esencial entender claramente las definiciones de trabajo y calor, porque el análisis correcto de muchos problemas termodinámicos depende de la diferenciación entre ellos.
4.1 DEFINICIÓN DE TRABAJO
Casi siempre el trabajo se define como la acción de una fuerza F a través de undesplazamiento x, donde el desplazamiento es en la dirección de la fuerza. Es decir,
W =12F dx (4.1)
Esta es una relación muy útil porque permite encontrar el trabajo que se requiere para elevar un peso, estirar un alambre o mover una partícula cargada a través de un campo magnético.
Sin embargo, cuando se trata la termodinámica desde un punto de vista macroscópico, es útil relacionar ladefinición de trabajo con los conceptos de sistemas, propiedades y procesos Por lo tanto, el trabajo se define en la siguiente forma: un sistema realiza un trabajo si el único efecto sobre el entorno (todo lo que es externo al sistema) podría ser la elevación de un peso. Observe que la elevación de un peso es, en efecto, una fuerza que actúa a través de una distancia. Observe también que la definiciónno especifica que en realidad se haya elevado el peso ni que la fuerza actúa verdaderamente a lo largo de una distancia determinada, sino que el único efecto externo al sistema podría ser la elevación de un peso. El trabajo que un sistema realiza se considera positivo y aquél que se aplica sobre el sistema se considera negativo. El símbolo W designa el trabajo que un sistema realiza.
En general,se hablará del trabajo como una forma de energía. No se intentará dar una definición rigurosa de energía. Como el concepto es familiar, el término energía se utilizará como apropiado y se identificarán las diversas formas de energía. El trabajo es la forma de energía que se apega a la definición.
Se ilustrará esta definición de trabajo con unos cuantos ejemplos. Considere como sistema la bateríay el motor de la figura 4.1a y sea que el motor mueve un ventilador. ¿Cruza el trabajo los límites del sistema? Para responder a esta pregunta con la definición de trabajo que se dio antes, sustituya el ventilador con el conjunto de polea y pesas que se muestra en la figura 4.1b. A medida que el motor gira, el peso se eleva y el único efecto externo sobre el sistema es la elevación del peso. Así,para el sistema original de la figura 4.1a, se concluye que el trabajo cruza los límites del sistema ya que el único efecto externo al sistema podría ser la elevación de un peso.
Ahora se cambiarán los límites del sistema para incluir únicamente la batería que se muestra en la figura 4.2. De nuevo se pregunta, ¿cruza el trabajo los límites del sistema? Para responder a esta pregunta, esnecesario hacer otra pregunta más general. ¿Constituye un trabajo el flujo de energía eléctrica a través de los límites de un sistema?
El único factor limitante al considerar que el único efecto externo es la elevación de un peso es la ineficacia del motor. Sin embargo, a medida que se diseña un motor más eficaz, con menores pérdidas en los cojinetes (rodamientos) y menores pérdidas eléctricas, sereconoce que se puede llegar a un límite que cumple los requerimientos de tener como único efecto externo la elevación de un peso. Por lo tanto, se puede concluir que cuando hay un flujo de electricidad a través de los límites de un sistema, como sucede en la figura 4.2, se trata de trabajo.
4.2 UNIDADES PARA EL TRABAJO
Como ya se hizo notar, el trabajo que realiza un sistema, como el que haceun gas al expandirse contra un pistón es positivo, y el trabajo que se hace sobre un sistema, como el que realiza un pistón que comprime un gas, es negativo. Así, trabajo positivo significa que la energía sale del sistema y trabajo negativo significa que se agrega energía al sistema.
En la definición de trabajo interviene la elevación de un peso, es decir, el producto de una unidad de fuerza (un...
En este capítulo se consideran el trabajo y el calor. Para el estudiante de termodinámica es esencial entender claramente las definiciones de trabajo y calor, porque el análisis correcto de muchos problemas termodinámicos depende de la diferenciación entre ellos.
4.1 DEFINICIÓN DE TRABAJO
Casi siempre el trabajo se define como la acción de una fuerza F a través de undesplazamiento x, donde el desplazamiento es en la dirección de la fuerza. Es decir,
W =12F dx (4.1)
Esta es una relación muy útil porque permite encontrar el trabajo que se requiere para elevar un peso, estirar un alambre o mover una partícula cargada a través de un campo magnético.
Sin embargo, cuando se trata la termodinámica desde un punto de vista macroscópico, es útil relacionar ladefinición de trabajo con los conceptos de sistemas, propiedades y procesos Por lo tanto, el trabajo se define en la siguiente forma: un sistema realiza un trabajo si el único efecto sobre el entorno (todo lo que es externo al sistema) podría ser la elevación de un peso. Observe que la elevación de un peso es, en efecto, una fuerza que actúa a través de una distancia. Observe también que la definiciónno especifica que en realidad se haya elevado el peso ni que la fuerza actúa verdaderamente a lo largo de una distancia determinada, sino que el único efecto externo al sistema podría ser la elevación de un peso. El trabajo que un sistema realiza se considera positivo y aquél que se aplica sobre el sistema se considera negativo. El símbolo W designa el trabajo que un sistema realiza.
En general,se hablará del trabajo como una forma de energía. No se intentará dar una definición rigurosa de energía. Como el concepto es familiar, el término energía se utilizará como apropiado y se identificarán las diversas formas de energía. El trabajo es la forma de energía que se apega a la definición.
Se ilustrará esta definición de trabajo con unos cuantos ejemplos. Considere como sistema la bateríay el motor de la figura 4.1a y sea que el motor mueve un ventilador. ¿Cruza el trabajo los límites del sistema? Para responder a esta pregunta con la definición de trabajo que se dio antes, sustituya el ventilador con el conjunto de polea y pesas que se muestra en la figura 4.1b. A medida que el motor gira, el peso se eleva y el único efecto externo sobre el sistema es la elevación del peso. Así,para el sistema original de la figura 4.1a, se concluye que el trabajo cruza los límites del sistema ya que el único efecto externo al sistema podría ser la elevación de un peso.
Ahora se cambiarán los límites del sistema para incluir únicamente la batería que se muestra en la figura 4.2. De nuevo se pregunta, ¿cruza el trabajo los límites del sistema? Para responder a esta pregunta, esnecesario hacer otra pregunta más general. ¿Constituye un trabajo el flujo de energía eléctrica a través de los límites de un sistema?
El único factor limitante al considerar que el único efecto externo es la elevación de un peso es la ineficacia del motor. Sin embargo, a medida que se diseña un motor más eficaz, con menores pérdidas en los cojinetes (rodamientos) y menores pérdidas eléctricas, sereconoce que se puede llegar a un límite que cumple los requerimientos de tener como único efecto externo la elevación de un peso. Por lo tanto, se puede concluir que cuando hay un flujo de electricidad a través de los límites de un sistema, como sucede en la figura 4.2, se trata de trabajo.
4.2 UNIDADES PARA EL TRABAJO
Como ya se hizo notar, el trabajo que realiza un sistema, como el que haceun gas al expandirse contra un pistón es positivo, y el trabajo que se hace sobre un sistema, como el que realiza un pistón que comprime un gas, es negativo. Así, trabajo positivo significa que la energía sale del sistema y trabajo negativo significa que se agrega energía al sistema.
En la definición de trabajo interviene la elevación de un peso, es decir, el producto de una unidad de fuerza (un...
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