Formas de Energía
2-1C 2-1C ¿Cuá ¿Cuáll es la dife difere renc ncia ia entr entre e las las form formas as ma macr cros oscó cópi pica ca y microscópica de energía? R/Las formas macroscópicas de la energía son los que posee un sistema en su conjunto con respecto a algún marco de referencia exterior. Las formas microscópicas de energía, por el contrario, son aquellos relacionados con la estructura molecular de un sistema y el grado de la actividad molecular, y son independientes de los sistemas de referencia externos. 2-2C 2-2C ¿Qué ¿Qué es la ener energí gía a tota total? l? om! om!re re las las dist distin inta tas s form formas as de energía "ue constituyen la energía total# R/La suma de todas las formas de la energía de un sistema posee se llama energía total. En ausencia de efectos de la tensión magntica, elctrica y de super!cie, la energía total de un sistema consiste en la cintica, potencial, y las energías internas. 2-$C ¿Cómo se relacionan entre sí el calor% la energía interna y la energía térmica? R/ La energía trmica es las formas sensi"le y latente de energía interna, y que se conoce como calor en la vida diaria. 2-&C 2-&C ¿Qué ¿Qué es ener energí gía a mecá mecáni nica ca? ? ¿En ¿En "u "ué é di'e di'ere re de la ener energí gía a térmica? ¿Cuáles son las formas de energía mecánica en un (u)o de (uido? R/ La energía mec#nica es la forma de energía que se puede convertir en tra" tra"aj ajo o mec# mec#ni nico co comp comple leta tame ment nte e y direc directa tame ment nte e por por un disp dispos osit itiv ivo o mec#ni mec#nico co tal como como una $lice $lice.. %e difer diferenc encia ia de la energ energía ía trm trmica ica en ener nergía gía tr trmica ica que que no se pued uede conv conve ertir tir a tra"a ra"aja jarr direc irecta ta y completamente. Las formas de energía mec#nica de una corriente de &uido son cintica, potencial, y las energías &uyan. 2-*C El gas natural% formado principalmente por metano C+ & % es un com!usti!le y una de las principales fuentes de energía# ¿,e puede decir lo mismo del idrógeno gaseoso% + 2? R/'idrógeno es tam"in un com"usti"le, ya que puede ser quemado, pero no es una fuente de energía ya que no $ay reservas de $idrógeno en el mundo. El $idrógeno puede o"tenerse a partir de agua mediante el uso de otra fuente de energía, como la energía solar o nuclear, y luego el $idrógeno o"tenido se puede utili(ar como com"usti"le para alimentar automóviles o generadores. )or lo tanto, es m#s adecuado para ver de $idrógeno es un portador de energía de una fuente de energía.
.ransferencia de Energía por Calor y .ra!a)o 2-1/C ¿En "ué formas puede la energía cru0ar las fronteras de un sistema cerrado? R/ Energía puede cru(ar los límites de un sistema cerrado en dos formas* calor y tra"ajo.
2-1C ¿Cuándo es calor la energía "ue cru0a las fronteras de un sistema cerrado% y cuándo es tra!a)o? R/La forma de energía que cru(a la frontera de un sistema cerrado a causa de una diferencia de temperatura es el calor+ todas las dem#s formas son el tra"ajo. 2-2C ¿Qué es un proceso adia!ático?
adia!ático? ¿Qué es un sistema
R/ un proceso adia"#tico es un proceso durante el cual no $ay transferencia de calor. n sistema que no intercam"iar el calor con su entorno es un sistema adia"#tico. 2-21C ¿Qué son funciones de punto y de trayectoria? 3escri!a algunos e)emplos R/ -unciones )oint dependen del Estado sólo mientras que las funciones de trayectoria dependen de la trayectoria seguida durante un proceso. )roperties de sustancias son funciones puntuales, el calor y el tra"ajo son las funciones de trayectoria. 2-22C 4n automó5il 5a a 5elocidad constante por un camino# 3etermine la dirección de las interacciones de calor y tra!a)o% suponiendo "ue el sistema es el siguiente6 a7 el radiador del automó5il% !7 el motor% c7 las ruedas% d7 el camino y e7 el aire del e8terior# R/ 9a7 las transferencias del radiador del coc$e de calor desde el motor caliente &uido refrigerante al am"iente fresco. o $ay interacción tra"ajo se produce en el radiador. 9:7 Las transferencias calientes del motor se calientan al enfriamiento del aire am"iente y de &uido al tiempo que ofrece tra"ajo a la transmisión. 9C7 Los neum#ticos calientes trans!eren el calor al am"iente fresco y $asta cierto punto a la carretera m#s fresco mientras se produce ningún tra"ajo. o tra"ajo se produce ya que no $ay movimiento de las fuer(as que actúan en la interface entre el neum#tico y la carretera. 937 'ay menor cantidad de la transferencia de calor entre los neum#ticos y la carretera. %uponiendo que los neum#ticos son m#s calientes que la
carretera, la transferencia de calor es de los neum#ticos a la carretera. o $ay intercam"io de tra"ajo asociado con la carretera, ya que no se puede mover. 9E7 El calor se aade al aire atmosfrico por los componentes m#s calientes del coc$e. %e est# tra"ajando en el aire a medida que pasa por encima ya travs del coc$e. 2-2$C ;uede cam!iarse la longitud de un resorte a7 aplicándole una fuer0a o !7 cam!iando su temperatura 9por dilatación térmica7# ¿Qué tipo de interacción energética entre el sistema 9el resorte7 y sus alrededores se re"uiere para cam!iar su longitud en esas dos formas? R/ 0uando la longitud del resorte se cam"ia mediante la aplicación de una fuer(a a la misma, la interacción es una interacción de tra"ajo, ya que implica una fuer(a que actúa a travs de un despla(amiento. Es necesaria una interacción de calor para cam"iar la temperatura 1y, por lo tanto, la longitud2 del resorte
2-2&C 4n refrigerador eléctrico está en un recinto# 3etermine la dirección de las interacciones de tra!a)o y de calor 9entra o sale energía7 cuando se considera "ue el sistema es el siguiente6 a7 el contenido del refrigerador% !7 todas las parte del refrigerador% incluyendo el contenido% y c7 todo lo "ue está dentro del recinto% durante un día in5ernal. R/ 1a2 3esde la perspectiva de los contenidos, el calor de"e ser retirado con el !n de reducir y mantener el cliente de la temperatura. El calor tam"in se aade a los contenidos de la sala de aire desde el aire de la $a"itación es m#s caliente que el contenido. 142 5eniendo en cuenta el sistema formado por la caja de refrigerador cuando las puertas est#n cerradas, $ay tres interacciones, tra"ajos de electricidad y dos transferencias de calor. 'ay una transferencia de calor desde el aire de la $a"itación a la nevera a travs de sus paredes. 5am"in $ay una transferencia de calor desde las porciones calientes del refrigerador 1es decir, de vuelta del compresor donde condensador es colocado sistema2 para el aire de la $a"itación. )or último, se aade el tra"ajo elctrico a la nevera a travs del sistema de refrigeración. 102 El calor se trans!ere a travs de las paredes de la $a"itación desde el aire de la $a"itación caliente al aire frío del invierno. Elctrico se est# tra"ajando en la $a"itación a travs del ca"leado elctrico que conduce a la $a"itación. 67680 1a2 como uno tipos en el teclado, las seales elctricas se producen y se transmite a la unidad de procesamiento.
%imult#neamente, la temperatura de las partes elctricas se incrementa ligeramente. El tra"ajo reali(ado en las teclas cuando son deprimido es el tra"ajo reali(ado so"re el sistema 1es decir, el teclado2. El &ujo de corriente elctrica 1con su caída de tensión2 funciona en el teclado. )uesto que la temperatura de las partes elctricas del teclado es algo mayor que el de la rodea aire, $ay una transferencia de calor desde el teclado para el aire circundante. 142 El monitor es alimentado por la corriente elctrica suministrada a la misma. Esta corriente 1y la caída de tensión2 es el tra"ajo $ec$o en el sistema 1es decir, controlar2. Las temperaturas de las partes elctricas de la pantalla son m#s altos que el de la rodea aire. )or lo tanto existe una transferencia de calor a los alrededores. 102 La unidad de proceso es como el monitor en ese tra"ajo de electricidad que se $ace en l mientras se trans!ere calor a la alrededores. 132 5oda la unidad se $a $ec$o el tra"ajo elctrico en l, y el tra"ajo mec#nico reali(ado so"re l para presionar las teclas. 5am"in trans!ere calor desde todas sus partes elctricas a los alrededores.
Energía y 9edio :m"iente 0onversión 67;<0 Energía contamina el suelo, el agua y el aire, y la contaminación am"iental es una grave amena(a para la vegetación, la vida silvestre y la salud $umana. Las emisiones emitidos durante la com"ustión de com"usti"les fósiles son los responsa"les del smog, la lluvia #cida y el calentamiento glo"al y el cam"io clim#tico. Los productos químicos primarios que contaminan el aire son los $idrocar"uros 1'0, tam"in se $ace referencia a los compuestos org#nicos vol#tiles, como 0=>2, óxidos de nitrógeno 1=x2, y monóxido de car"ono 10=2. El primario fuente de estos contaminantes es los ve$ículos de motor. 67?@0 smog es la ne"lina marrón que se acumula en una gran masa de aire estancado, y se cierne so"re las (onas po"ladas en calma caliente días de verano. %mog se compone principalmente de o(ono troposfrico 1=A2, pero tam"in contiene otras numerosas sustancias químicas, incluyendo monóxido de car"ono 10=2, partículas tales como $ollín y polvo, compuestos org#nicos vol#tiles 10=>2 tales como "enceno, "utano y otros $idrocar"uros. El o(ono troposfrico se forma cuando los $idrocar"uros y los óxidos de nitrógeno reaccionan de la presencia de la lu( del sol en días de calma calientes. El o(ono irrita los ojos y daa los sacos de aire en los pulmones, donde el oxígeno y dióxido de car"ono se intercam"ian, causando eventual endurecimiento de este tejido suave y esponjoso. 5am"in causa di!cultad para respirar, si"ilancias, fatiga, dolores de ca"e(a, n#useas y agravan los pro"lemas respiratorios como el asma.
Los com"usti"les fósiles 67?B0 incluyen pequeas cantidades de a(ufre. El a(ufre en el com"usti"le reacciona con el oxígeno para formar dióxido de a(ufre 1%= 62, que es un contaminante del aire. Los óxidos de a(ufre y óxidos de nitrógeno reaccionan con el vapor de agua y otros productos químicos de alta en el am"iente en presencia de lu( solar para formar #cidos sulfúrico y nítrico. Los #cidos formados generalmente se disuelven en la suspensión gotas de agua en las nu"es o la nie"la. Estas gotitas de #cido cargado se lavan desde el aire en el suelo por la lluvia o la nieve. Esto es conocido como lluvia #cida. %e llama ClluviaC, ya que se trata con gotas de lluvia. 0omo resultado de la lluvia #cida, muc$os lagos y ríos en las (onas industriales se $an convertido en demasiado #cido para los peces cre(can. Los "osques en esas #reas tam"in experimentan una muerte lenta de"ido a la a"sorción de los #cidos a travs de sus $ojas, agujas, y raíces. Dncluso m#rmol estructuras se deterioran de"ido a la lluvia #cida. El monóxido de car"ono 67?60, que es un gas incoloro, inodoro y venenoso que priva a los órganos del cuerpo o"tenga su!ciente oxígeno mediante la unión con las clulas rojas de la sangre que de otro modo transportar oxígeno. : niveles "ajos, monóxido de car"ono disminuye la cantidad de oxígeno suministrada al cere"ro y otros órganos y músculos, reduce las reacciones del cuerpo y los re&ejos y limita total juicio. %e plantea una grave amena(a para las personas con enfermedades del cora(ón de"ido a la fragilidad del sistema circulatorio y para los fetos de"ido a las necesidades de oxígeno del cere"ro en desarrollo. En niveles altos, puede ser fatal, como lo demuestra numerosas muertes causadas por coc$es que se calientan en garajes cerrados o por los gases de escape con fugas a los coc$es. 3ióxido de 67?A0 de car"ono 10= 62, vapor de agua, y cantidades tra(a de algunos otros gases tales como metano y óxidos de nitrógeno acto como una manta y mantener la tierra caliente en la noc$e al "loquear el calor irradiado por la 5ierra. Esto se conoce como la efecto invernadero. El efecto invernadero $ace que la vida en la tierra es posi"le manteniendo la tierra caliente. )ero cantidades excesivas de
estos gases pertur"an el equili"rio delicado atrapando demasiada energía, que provoca que la temperatura media de la tierra $asta su"en y el clima en algunas localidades para cam"iar. Estas consecuencias indesea"les del efecto invernadero se denominan el calentamiento glo"al o cam"io clim#tico glo"al. El efecto invernadero puede reducirse mediante la reducción de la producción neta de 0= 6 por consume menos energía 1por ejemplo, mediante la compra de coc$es de energía e!cientes y electrodomsticos2 y la plantación de #r"oles.
5ema especial* 9ecanismos de 5ransferencia de 0alor 67?<0 Los tres mecanismos de transferencia de calor son la conducción, convección y radiación. 67<@0 3iamond tiene una conductividad trmica mayor que la plata, y por lo tanto diamante es una mejor conductor de calor. 67
