conversión de trabajo en calor
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Conversión de trabajo en calor.
PREVIO
Universidad Nacional Autónoma de MéxicoFacultad de Ingeniería
Laboratorio de Termodinámica
¿Qué es la energía?• La energía es la cantidad que tienen los cuerpos para realizar
un trabajo.
• Es una magnitud física de tipo escalar que latente o manifiesta es capaz de producir cambios en la materia o en sus alrededores. Se transforma y se transmite, depende del sistema de referencia y fijado éste se conserva.
Describa las formas por las que un sistema puede intercambiar energía con su entorno.
• La energía transferida a un sistema termodinámico puede ser de dos tipos: calor y trabajo.
• Sistema cerrado: es aquél que intercambia energía (calor y trabajo) pero no materia con los alrededores (su masa permanece constante).
• Sistema abierto: es aquél que intercambia energía y materia con los alrededores.
• Proceso cíclico• Proceso adiabático• Conducción• Convección
Mencione diez ejemplos de transformaciones de energía.
A partir de un generador lo que se logra es
convertir la energía mecánica en el
éctrica.
La fisión nuclear transforma a la
energía química en atómica.
Las placas solares son las que permiten
transformar la energía solar en eléctri
ca.
La energía cinética se convierte en energía potencial cuando se
cambia la altura de un objeto en un medio con
gravedad.
La energía química se transforma en energía eléctrica utilizando una
pila.
Las plantas transforman energía solar (mediante
la fotosíntesis) en energía química.
Los trenes se ponían en movimiento a partir de carbón. Esto era posible
gracias a que la energía calórica del carbón se transforma
en cinética.
Energía eléctrica a energía térmica en el funcionamiento de una
parrilla eléctrica.
Un motor transforma a la energía eléctrica en me
cánica.
Un globo aerostático no hace más que transformar la
energía química en cinética.
¿Cuál es la relación existente entre el calor y el trabajo?• El calor, al igual que el trabajo, se considera en termodinámica
como energía en tránsito a través de la frontera que separa a un sistema de su entorno.
• Los sistemas nunca tienen calor o trabajo, pero cualquiera o ambos cruzan los límites del sistema, cuando éste sufre un cambio de estado.
• Ambas tienen la misma unidad, julio en el S.I.
Explique la diferencia entre temperatura, transferencia de calor y energía interna.• La temperatura es la propiedad termodinámica que se encuentra
asociada al equilibrio térmico, o bien, es la propiedad que establece cuando dos o más sistemas que interaccionan entre sí, se encuentra en un estado térmico de equilibrio.
• La transferencia de calor es un mecanismo mediante el cual se transfiere energía a través de la frontera de un sistema debido a una diferencia de temperatura.
• La energía interna es toda la energía de un sistema que se asocia con sus componentes microscópicos, átomos y moléculas, cuando se observa desde un marco de referencia en reposo al centro de masa del sistema.
¿Qué es una transformación adiabática?
Un proceso adiabático es aquel donde no entra ni sale energía del sistema por calor: es decir Q=0.Cuando las únicas transferencias de energía permitidas a través de la frontera se denomina frontera adiabática y el sistema se denomina sistema adiabático. Un proceso adiabático es aquel en el que solo se identifican interacciones de trabajo.
Cuando un sistema sufre un proceso muy rápido, aunque sus paredes no sean aislantes térmicas dicho proceso puede considerarse adiabático, ¿por qué?
Al producirse rápidamente, el tiempo en el que se intercambia la energía en forma de calor es insuficiente
¿Qué es el trabajo? Mencione sus unidades y diga cómo calcular el trabajo asociado a: -la compresión y expansión de un gas -un sistema eléctrico -un eje o flecha cuando está girando
• La fuerza que actúa sobre un objeto que se mueve a través de una distancia y existe un componente de la fuerza a lo largo de la línea de movimiento.
• La energía transferida a través de las fronteras de un sistema en forma organizada y cuyo uso exclusivo sea la elevación de un sistema.
• Una energía en tránsito entre un sistema y su entorno, a través de aquellos límites del sistema en que no existe transferencia de masa y como consecuencia de la diferencia de una propiedad intensiva, que no sea la temperatura, entre el sistema y su entorno.
Unidades en SI: Joule/Julio [J]
Trabajo de expansión y compresión de un gas
• El trabajo de expansión-compresión es la transferencia de energía debida a una diferencia de presiones.
• El trabajo de cambio de volumen de un gas es el trabajo necesario para que el gas pase de un volumen inicial Vi a un volumen final Vf. Si el volumen disminuye, el gas se habrá comprimido y hablaremos de trabajo de compresión; si el volumen aumenta, el gas se habrá expandido y hablaremos de trabajo de expansión.
Trabajo en un sistema eléctrico En un campo eléctrico, los electrones de un alambre se mueven por el efecto de fuerzas electromotrices, por lo tanto realizan trabajo. Cuando N coulombs de carga eléctrica se mueven a través de una diferencia de potencial V, el trabajo eléctrico realizado es
el cual se expresa también en forma de tasa como
[W]
Donde es la potencia eléctrica e I es el número de cargas eléctricas que fluyen por unidad de tiempo, es decir, la corriente. En general, tanto V como I varían con el tiempo y el trabajo eléctrico realizado durante un intervalo de tiempo t se expresa como
[kJ]
Trabajo en un eje o flecha cuando está girando
La transmisión de energía mediante un eje rotatorio (flecha) es una práctica muy común en la ingeniería. Para un determinado momento de torsión constante, el trabajo hecho durante n revoluciones se determina así: una fuerza F que actúa por medio de un brazo de momento r genera un momento de torsión T.
Esta fuerza actúa a lo largo de una distancia s, que se relaciona con el radio r mediante
El trabajo de flecha se determina a partir de [kJ]
La potencia transmitida mediante la flecha es el trabajo de flecha por unidad de tiempo, que se puede expresar como [kW] donde es el número de revoluciones por unidad de tiempo.
Explique en qué consiste el experimento de Joule, qué dispositivo fue el que utilizó y cuáles eran sus características.
• Un recipiente adiabático contiene una cierta cantidad de agua, con un termómetro para medir su temperatura, un eje con unas paletas que se ponen en movimiento por la acción de una pesa.
Joule encontró que la disminución de energía potencial es proporcional al incremento de temperatura del agua. La constante de proporcionalidad (la capacidad térmica específica del agua) es igual a 4,186 (J/(g Δ°C)). Por tanto, 4,186 (J) de energía mecánica aumentan la temperatura de 1(g) de agua en 1(°C).
¿Por qué no es conveniente hablar del contenido de calor y del contenido de trabajo mecánico en un sistema?
El calor como el trabajo no son propiedades, son formas de transferencia de la energía de un sistema a otro o de una sustancia a otra, pero no le pertenece a un sistema o sustancia.
Referenciashttp://www.cie.unam.mx/~ojs/pub/Termodinamica/node19.htmlhttp://es.slideshare.net/Carol303/q-iii-11-energahttp://acer.forestales.upm.es/basicas/udfisica/asignaturas/fisica/termo1p/resumen1p.htmlhttp://10ejemplos.com/10-ejemplos-de-transformacion-de-energiahttp://www.ejemplos.co/20-ejemplos-de-transformacion-de-energia/http://newton.cnice.mec.es/materiales_didacticos/energia/transformaciones.htmhttp://www.abc.com.py/edicion-impresa/suplementos/escolar/la-energia-formas-tipos-transformaciones-1165682.htmlhttp://recursostic.educacion.es/secundaria/edad/2esobiologia/2quincena2/2q2_contenidos_1c.htmhttp://www.unet.edu.ve/~fenomeno/F_DE_T-72.htmhttp://acer.forestales.upm.es/basicas/udfisica/asignaturas/fisica/termo1p/primerpadiab.htmlhttp://depa.fquim.unam.mx/termofisica/silvia/Primera_ley_problemas_resueltos.pdfhttp://www.quimitube.com/videos/termodinamica-teoria-3-transferencia-de-energia-como-trabajo-trabajo-de-expansion-y-compresion-de-un-gas
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