Primero física.

Buenos días estudiantes.

Deber; Resolver los ejercicios de la actividad página 181

RABAJO Y CALOR

DEFINICIÓN DE TRABAJO Y CALOR              Son intercambios energéticos que tienen lugar como consecuencia de las interacciones que pueden experimentar los sistemas termodinámicos. Tanto el calor como el trabajo son manifestaciones externas de la energía y únicamente se evidencian en las fronteras de los sistemas y solamente aparecerán cuando estos experimenten  cambios en sus estados termodinámicos. En las interacciones que experimentan los sistemas, estos pueden recibir o ceder energía. La energía se considera como una magnitud algebraica estableciéndose el siguiente criterio: trabajo que proporciona el sistema positivo y el que recibe negativo. Así mismo, el calor suministrado al sistema se considera positivo y el cedido por él negativo.                                                                                                            Fig. 2.1 Criterio de signos para el intercambio energético TRABAJO Definición mecánica de trabajo.             Es el producto de una fuerza por la distancia recorrida en la dirección de la fuerza.                                                                      En Termodinámica esta definición no enlaza los conceptos de sistema, propiedad y proceso. Por tanto es necesario definir trabajo termodinámicamente. Definición termodinámica de trabajo.             Un sistema realiza trabajo durante un proceso si el único efecto en el medio exterior pudiese ser el levantamiento de un peso. Ejm: un sistema formado por una batería y un motor. En los límites del sistema se observa el trabajo entregado por el motor a la rueda de paletas. Si se sustituye la rueda de paletas por un conjunto de peso-polea,  el único efecto externo a la frontera del sistema será el levantamiento de un peso, Figura 2.2.       Fig. 2.2  Ilustración del trabajo de la rueda de paletas. TRABAJO DE UN SISTEMA              Consideremos un arreglo cilindro-pistón que encierra una cierta masa de gas que ejerce presión sobre la cara del pistón de superficie A. Si el pistón se desplaza hacia la izquierda debido a la aplicación de una fuerza F externa se dirá que los alrededores ejercen trabajo sobre el gas y su valor infinitesimal será: Diciéndose en este caso que el gas ha sido comprimido. Figura 2.3 Fig. 2.3 Trabajo mecánico que se asocia con el movimiento de la frontera de un dispositivo cilindro-pistón. El trabajo se puede expresar como:                                                                                                                                                                              El trabajo total se calcula como:                                                                 Para lo cual se hace preciso el conocimiento de la función  P = P(V) que relacione la presión con el volumen a lo largo de todo el proceso de interacción. Fig.  2.4 El trabajo de la frontera realizado durante un proceso depende de la trayectoria seguida y de los estados extremos.       Los estados de equilibrio 1 y 2 pueden conectarse por curvas diferentes que representan a su vez transformaciones distintas. En la Figura 2.4 se pueden visualizar des trayectorias diferentes que conectan los estados de equilibrio 1 y 2. Como las superficies encerradas por cada una de las líneas son diferentes entonces también lo serán los trabajos termodinámicos correspondientes. Esto comprueba que el trabajo no es función de estado sino de trayectoria por lo que su diferencial se representa como d W (diferencial inexacta) en lugar de dW. CALOR              Es la forma de energía que se transmite a través del límite de un sistema que está a una temperatura a otro sistema (o al medio exterior) a una temperatura mas baja debido a la diferencia de temperatura entre los dos sistemas.              El calor es una función de trayectoria y su diferencial es inexacta, luego                                                                   La cantidad de calor transmitida cuando el sistema queda sometido a un cambio de estado del estado 1 al estado 2, depende de la trayectoria que siga el sistema durante el cambio de estado. COMPARACION  ENTRE CALOR Y TRABAJO Calor y trabajo son, ambos, fenómenos transitorios. Los sistemas nunca tienen calor o trabajo, pero cualquiera o ambos cruzan los límites del sistema, cuando éste sufre un cambio de estado. Ambos, calor y trabajo, son fenómenos de límite. Ambos se observan solamente en los límites del sistema y ambos representan la energía que cruza el límite del sistema. Ambos, calor y trabajo, son funciones de trayectoria y diferenciales inexactas. Por convección +Q representa calor transferido al sistema y, que por tanto, es energía añadida en él, y +W representa trabajo efectuado por el sistema y esto representa energía que sale de él.                                   Fig. 2.5 Ilustración para indicar diferencia entre calor y trabajo       En la Figura 2.5 a), la energía cruza los límites del sistema porque la temperatura de las paredes es mayor que la temperatura del gas. El calor cruza los límites del sistema. En la Figura 2.5 b), la electricidad cruza los límites del sistema. El trabajo cruza los límites del sistema.