miércoles, 25 de mayo de 2016

Termodinámica



La termodinámica se encarga de estudiar la transformación de la energía térmica en trabajo y en el trabajo en energía. Para que se produzca este cambio es necesario considerar el cambio de la energía interna de los materiales involucrados. Esta dada por la energía total del objeto, es la suma de la energía potencial de y entre las moléculas, la energía cinética de traslación, rotación y vibración de las mismas.
La energía (U) permanece definida en un sistema termodinámico mediante la absorción o perdida de calor (Q) o trabajo (W); por tanto, la energía se conserva. Si el sistema gana calor es positivo y si lo pierde es negativo; la salida de trabajo se considera positivo y la entrada negativo. Así, la energía interna se expresa matemáticamente como:

DU = D Q - DW

La termodinámica puede ser explicada con cuatro leyes fundamentales, de las cuales solo vamos a revisar tres.

Leyes de la termodinámica

Ley cero de la termodinámica
También conocido como ley de equilibrio. Esta se define como: si dos sistemas se encuentran en equilibrio térmico y se presenta un tercero, este estará en equilibrio con los anteriores.



Primera Ley de la termodinámica



Esta ley nos comprueba el principio de la conservación de la energía que no se crea ni se destruye, solo se transforma. Puede definirse como: en cualquier proceso termodinámico, el calor neto absorbido por un sistema es igual a la suma del equivalente térmico del trabajo realizado por él y el cambio de su energía interna, matemáticamente se expresa:

DQ = DU + DW

Segunda Ley de la termodinámica



Si un automóvil frena bruscamente, pierde energía en forma de calor, pero si las llantas comienzan a rodar nuevamente, no es posible recuperar el calor perdido para formar energía mecánica. Es evidente que no es posible convertir toda la energía térmica perdida en trabajo útil, la dirección que lleva un proceso termodinámico es unidireccional en ciertas situaciones; por ello, se enuncia la segunda ley de la termodinámica que expresa:
No es posible ningún proceso cuyo único resultado sea la extracción de calor de un recipiente a una cierta temperatura y la absorción de una cantidad igual de calor por un recipiente a una temperatura más elevada.
Como el sistema regresa periódicamente a su estado inicial, puede observarse que el cambio real de energía interna es nulo. Matemáticamente se expresa:
Wsal = Qent – Qsal
Si quisiéramos calcular la eficiencia térmica, la podemos expresar de la siguiente forma:
E = Wsal / Q
Problema
Mario pretende determinar cuánto trabajo útil realiza el motor de su motocicleta, si absorbe 800 cal del fuente de calor y que cantidad de calor se pierde, si la eficiente de su  motor es del 25%
a)    Calculamos la cantidad del trabajo útil a partir de la fórmula de eficiencia despejada.

Calculamos la cantidad de calor perdido a partir de la expresión de la segunda ley de la termodinámica:


La motocicleta de Mario, genera 200 cal de trabajo útil, pero pierde 600 cal en forma de calor.

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