1.
¿Qué es la energía?
La energía se defne como la capacidad de realizar trabajo, de producir movimiento, de generar cambio. Es inherente a todos los sistemas ísicos, ! a la vida en todas sus ormas se basa en la conversi"n, uso, almacenamiento ! transerencia de energía. #uede presentarse como la energía potencial $energía almacenada% o como energía cinética $energía de acci"n%, siendo estas dos ormas interconvertibles, es decir, la energía potencial liberada se convierte en energía cinética, ! esta cuando se acumula se transorma en energía potencial. La energía no puede ser creada ni destruida, solo transormada de una orma a otra $#rimera Le! de la &ermodin'mi &ermodin'mica%. ca%.
2.
(escriba las ormas mediante las cuales un sistema puede intercambiar energía con su entorno
La energía )ue un sistema puede acumular de la energía )ue se transfere a un sistema cuando este e*perimenta una transormaci"n. La primera $denominada energía interna%, es una propiedad del sistema ! por tanto una unci"n de estado%. La energía transerida a un sistema termodinamico puede ser de dos tipos+ calor ! trabajo. inguna de estas magnitudes es u na unci"n de estado, !a )ue no son propiedades del sistema sino la energía )ue se le ha suministrado a lo largo de una transormaci"n, ! dependen por tanto de la misma. 3.
-encione cinco ejemplos de transormaciones de energía
idr'ulica a motriz+ hidroeléctrica -otriz a eléctrica+ hidroeléctrica motriz a mec'nica+ motor Eléctrica a motriz+ motor E"lica a mec'nica+ molino Química a cinética+ globo aerost'tico Eléctrica a magnética+ electroim'n Química a at"mica+ fsi"n nuclear Química a motriz+ caldera Química a cal"rica+ combusti"n del petr"leo
4.
¿/u'l es la relaci"n e*istente entre el calor ! el trabajo?
0i calor ! trabajo son ambas ormas de energía en tr'nsito de unos cuerpos o sistemas a otros, deben estar relacionadas entre sí. La comprobaci"n de este tipo de relaci"n ue uno de los objetivos e*perimentales perseguidos con insistencia por el ísico inglés 1ames #rescott 1oule $2323 4 2335%. 6un cuando eectu" dierentes e*perimentos en busca de dicha relaci"n, el m's conocido consisti" en determinar el calor producido dentro de un calorímetro a consecuencia del rozamiento con el agua del calorímetro de un sistema de paletas giratorias ! compararlo posteriormente con el trabajo necesario para moverlas. La energía mec'nica puesta en juego era controlada en el e*perimento de 1oule haciendo caer unas pesas cu!a energía potencial inicial podía calcularse 'cilmente de modo )ue el trabajo 7, como variaci"n de la energía mec'nica, vendría dado por+ W = Δ E p = m . g . h
0iendo m la masa de las pesas, h la altura desde la )ue caen ! g la aceleraci"n dela gravedad. #or su parte, el calor liberado por la agitaci"n del agua )ue producían las aspas en movimiento daba lugar a un aumento de la temperatura del calorímetro ! la aplicaci"n de la ecuaci"n calorimétrica+ Q=m . c . ( T f −T i ) #ermitía determinar el valor de Q ! compararlo con el de 7. &ras una serie de e*periencias en las )ue mejor" progresivamente sus resultados, lleg" a encontrar )ue el trabajo realizado sobre el sistema ! el calor liberado en el calorímetro guardaban siempre una relaci"n constante ! apro*imadamente igual a 8.9. Es decir, por cada 8.9 joules de trabajo realizado se le comunicaba al calorímetro una cantidad de calor igual a una caloría. Ese valor denominado e)uivalente mec'nico del calor se conoce ho! con m's precisi"n ! es considerado como 8238 joules:calorías. La relaci"n numérica entre calor Q ! trabajo 7 puede, entonces, escribirse en la orma+ W ( jpules ) 418 Q ( calorias ) . 5.
E*pli)ue la dierencia entre temperatura, transerencia de calor ! energía interna
El concepto de temperatura se deriva de la idea de medir el calor o rialdad relativos ! de la observaci"n de )ue el suministro de calor a un cuerpo conlleva un aumento de su temperatura mientras no se produzca la usi"n o ebullici"n. En el caso de dos cuerpos con temperaturas dierentes, el calor ;u!e del m's caliente al m's río hasta )ue sus temperaturas sean idénticas ! se alcance el e)uilibrio térmico $véase <&ranserencia de calor%. #or tanto, los términos de temperatura ! calor, aun Que relacionados entre sí, se referen a conceptos
dierentes+ la temperatura es una propiedad de un cuerpo ! el calor es un ;ujo de energía entre dos cuerpos a dierentes temperaturas. Los cambios de temperatura tienen Que medirse a partir de otros cambios en las propiedades de una sustancia. #or ejemplo, el term"metro de mercurio convencional mide la dilataci"n de una columna de mercurio en un capilar de vidrio, !a Que el cambio de longitud de la columna est' relacionado con el cambio de temperatura. 0i se suministra calor a un gas ideal contenido en un recipiente de volumen constante, la presi"n aumenta, ! el cambio de temperatura puede determinarse a partir del cambio en la presi"n seg=n la le! de >a!:Lussac, siempre )ue la temperatura se e*prese en la escala absoluta.
6.
¿Qué es un proceso adiab'tico?
En termodin'mica se designa como proceso adiab'tico a a)uel en el cual el sistema termodin'mico $generalmente, un ;uido )ue realiza un trabajo% no intercambia calor con su entorno. n proceso adiab'tico )ue es adem's reversible se conoce como proceso isotr"pico. El e*tremo opuesto, en el )ue tiene lugar la m'*ima transerencia de calor, causando )ue la temperatura permanezca constante, se denomina proceso isotérmico. El término adiab'tico hace reerencia a vol=menes )ue impiden la transerencia de calor con el entorno. na pared aislada se apro*ima bastante a un límite adiab'tico. @tro ejemplo es la temperatura adiab'tica de llama, )ue es la temperatura )ue podría alcanzar una llama si no hubiera pérdida de calor hacia el entorno. En climatizaci"n los procesos de humectaci"n $aporte de vapor de agua% son adiab'ticos, puesto )ue no ha! transerencia de calor, a pesar )ue se consiga variar la temperatura del aire ! su humedad relativa. El calentamiento ! enriamiento adiab'tico son procesos )ue com=nmente ocurren debido al cambio en la presi"n de un gas, )ue conlleva variaciones en volumen ! temperatura. Los nuevos valores de las variables de estado pueden ser cuantifcado usando la le! de los gases ideales. Acorde con el primer principio de la termodinámica,
ΔU + W = 0 donde U es la energía interna del sistema y W es el trabajo realizado por el sistema. Cualquier trabajo (W) realizado debe ser realizado a epensas de la energía U, mientras que no !aya sido suministrado calor " desde el eterior. #l trabajo W realizado por el sistema se de$ine como
W = P ΔV
%i se relaciona el tema del proceso adiabático con las ondas, se debe tener en cuenta que el proceso o carácter adiabático solo se produce en las ondas longitudinales
7.
/uando un sistema sure un proceso mu! r'pido, aun)ue sus paredes no sean aislantes térmicas, dicho proceso puede considerarse adiab'tico, ¿por )ué?
#or)ue al ser un proceso mu! r'pido el sistema no intercambia calor con su entorno.
8.
¿Qué es el trabajo? -encione sus unidades en el 0istema Anternacional ! diga c"mo calcular el trabajo asociado a $al%+
la compresi"n ! e*pansi"n de un gas suministro de energía eléctrica a un sistema giro de un eje o ;echa
5. E*pli)ue en )ué consiste el e*perimento de 1oule La energía mec'nica se mide en joules $1%. n joule es la energía )ue se obtiene cuando una uerza de un neBton Cilogramo produce un desplazamiento de un metro 1oule pone de manifesto como la energía mec'nica puede producir energía calorífca ! lo hace siempre en la misma proporci"n. 1oule demuestra mediante esta e*perimentaci"n )ue entre ambas ormas de energía e*iste una relaci"n constante+ el e)uivalente mec'nico del calor. El aparato )ue emple" contenía en el interior de u n recipiente un Cilogramo de agua a 28.D /. 6l recipiente se le acoplan unas paletas conectadas mediante una cuerda con una masa )ue puede caer. /onorme la masa cae a velocidad constante, las paletas giran, por lo )ue se convierte la energía potencial gravitatoria de la masa en energía para hacer girar las paletas. (ebido a este giro, el agua aumenta de temperatura $el giro de las paletas se transorma en calor%.
2F.¿#or )ué no es conveniente hablar del contenido de calor ! del contenido de trabajo mec'nico en un sistema? #or)ue el calor es una energía en tr'nsito )ue aparece producto de una dierencia de temperaturas entre dos sistemas, un cuerpo no almacena calor pues esta energía aparece recién cuando ha! dos o mas sistemas a distintas temperaturas. #ara el caso del trabajo es el intercambio de energía por la acci"n de uerzas, pero para haber un trabajo eectivo es necesario un desplazamiento. n cuerpo no puede almacenar trabajo si no ha! un desplazamiento ! un cuerpo no se puede mover s"lo, debe e*istir una uerza e*terna )ue modif)ue su estado de movimiento.
