INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE TACÁMBARO

INGENIERÍA EN INDUSTRIAS ALIMENTARIAS

MATERIA:

termodinámica

TEMA:

Trabajo y calorPROFR: URIEL OLIVARES MOLINA

INTEGRANTES DEL EQUIPO No 2:

LIZETH CINTHIA AGUILAR TORRESCELINDA MIRANDA ROMERO

JESSICA IVETH PEDRAZA MORAITZEL DANIELA RODRIGUEZ AGUILAR

GEMA YURITZI SOSA REYNOSA

TRABAJO• En termodinámica se define como; cualquier cantidad que fluye a través

de la frontera de un sistema durante un cambio de estado y que puede usarse por completo para elevar un cuerpo en el entorno.

•  El trabajo es una magnitud física escalar que se representa con la letra  (del inglés Work) y se expresa en unidades de energía, esto es en julios o joules (J) en el Sistema Internacional de Unidades.

• W=mgh

• m = masa elevada• g = aceleración de la gravedad• h = altura que se a elevado al cuerpo

CONCEPTOS

Trabajo

Supongamos que una fuerza F actúa sobre un cuerpo mientras este realiza un desplazamiento

infinitesimal dx en la dirección x.la cantidad infinitesimal de trabajo dw realizada sobre el

cuerpo por la fuerza F se define como:

dw = Fx dx

Donde Fx es el componente de la fuerza en la dirección del desplazamiento. Si el

desplazamiento infinitesimal tiene componentes en las tres direcciones, entonces:

∞dw = Fx dx + Fy dy + Fz dz

Consideremos ahora un desplazamiento finito. supongamos que la partícula se mueve en una dimensión. Sobre la partícula actúa una fuerza F(x) cuya magnitud depende de la posición de la partícula.

Como estamos en una dimensión, F solo tiene un componente y no es necesario considerarlo como un vector. El trabajo w realizado por F durante el desplazamiento de la partícula desde X₁ a X₂ es la suma

de la cantidades infinitesimales de trabajo(•) realizado durante el desplazamiento: w = ∑ F(x) dx. Pero esta suma de cantidades

infinitesimales es la definición de una integral definida, de modo que:

w = ∫₁² F(x) dx

En el caso especial de que F sea constante durante el desplazamiento, la ecuación anterior se convierte en:

• W = F (X2-X1)• PARA “F” CONSTANTE

Energía Mecánica; probaremos el trabajo dw en un tiempo dt, entonces P=dw/dt.la unidad SI de

potencia es el watt (w vatio): 1 W = 1J/s

• Energía mecánica. Probaremos ahora el teorema de trabajo – energía. Sea F la fuerza total que actúa sobre una partícula que se desplaza desde el punto 1 hasta el 2.La integración de ∞ proporciona el trabajo realizado sobre la partícula:

• W = ∫₁² Fx dx +∫₁² Fy dy +∫₁² Fz dz

la segunda ley de newton nos dice: Fx = max = m(dvx/dt).Además, dvx/dt = (dvx/dx)(dx/dt) = (dvx/dx)vx.

Por tanto, Fx = mvx(dvx/dx), con ecuaciones similares para Fy y Fz. Tenemos entonces que Fxdx = mvx dvx y la ecu

anterior se convierte en:

• W = ∫₁² mvx dvx + ∫₁² mvy dvy + ∫₁² mvz dvz

• W = ½m(v²x₂ + v²y₂ +v²z₂) - ½m(v²x₁ +v²y₁ + v²z₁)

Unidades de trabajo• Sistema Internacional de Unidades• Julio o joule, unidad de trabajo en el SI• Kilojulio: 1 kJ = 103 J• Sistema Técnico de Unidades• kilográmetro o kilopondímetro (kgm) = 1 kilogramo-fuerza x 1 metro = 9,80665 J• Sistema Cegesimal de Unidades• Ergio: 1 erg = 10-7 J• Sistema anglosajón de unidades

Termia inglesa (th), 105 BTU• BTU, unidad básica de trabajo de este sistema• Sistema técnico inglés• Pie-libra fuerza (foot-pound) (ft-lb)• ]Otras unidades• kilovatio-hora• Caloría termoquímica (calTQ)

• Termia EEC.• Atmósfera-litro (atm·L)

TIPOS DE TRABAJO

compresión reversible

irreversible

expansión

Expansión por dos etapas

Expansión por varias

etapas

• La transferencia de energía interna asociada a una variación de volumen se denomina trabajo termodinámico. Una forma de trabajo muy importante es la relacionada con los cambios de volumen, expansiones o comprensiones, que tiene lugar en un sistema bajo la acción de una presión exterior

Trabajo de expansión

Trabajo de expansiónSupongamos un gas que ocupa un volumen V1a una presión P1 y temperatura constante. Al aplicar

una presión externa menor P2, el gas se expandirá hasta V2.Luego:w = -Pext(V2-V1) < 0

TRABAJO DE C

OMPRESION

Trabajo de compresión

• Para calcularlo se utiliza la misma formula que el trabajo de expansion

• En una comprensión, el volumen final es menor que el volumen inicial, de manera que en cada etapa ∆V es negativo.

Si se compara el trabajo de expansión con el trabajo de comprensión, hay algo mas que un cambio de signo. Para comprimir el gas necesitamos sobre el pistón masa mayores que las elevadas en la expansion. La comprensión de un gas en una etapa ilustra este hecho.

Un gas mantenido a temperatura constante T, pero el estado inicial es ahora el estado expandido T, p2 , V 2 mientras que el estado final es el de comprension T, p1 V 1 .

El trabajo destruido en la compresión en una etapa es mucho mayor que el producido en la expansión en una etapa. Podemos destruir cantidades mayores de trabajo en esta compresión utilizando masas mayores.

Si la compresión se efectúa en dos etapas, comprimiendo primero con una masa mas ligera hasta un volumen intermedio y luego la masa hasta el volumen final, se destruye una cantidad menor de trabajo;

Cantidades mínimas

y

máximas de trabajo

En la expansión en dos etapas se produjo mas trabajo que la expansión en una etapa. Es razonable pensar que si la expansión se efectuara en muchas etapas utilizado una gran masa al comienzo y haciéndola menor a medida que avanza la expansión, podría producirse mas trabajo.

Esto es correcto, pero hay un limite en el procedimiento. Las masas no deben ser tan grandes que compriman el sistema en vez de permitir su expansión. Realizando la expansión en un numero de etapas progresivamente mayor, el valor del trabajo puede crecer hasta un valor definido.

Similarmente, el trabajo destruido en una compresión en dos etapas es menor que el destruido en una compresión en una etapa. En una compresión en varias etapas se destruye menos trabajo.

El trabajo de expansión esta dado por

W=

En consecuencia, para obtener el trabajo máximo, debemos ajustar en cada etapa la presión de oposición a Pop = p – dp, un valor infinitesimalmente menor que la presión del gas. Entonces

Trabajo reversible

• El trabajo reversible se define como la cantidad máxima de trabajo útil que puede obtenerse cuando un sistema experimenta un proceso entre los estados inicial y final. Ésta es la salida (o entrada) de trabajo útil que se obtiene cuando el proceso entre los estados

inicial y final se ejecuta de manera reversible.

TRABAJO IRREVERSIBLE

El w en un cambio de volumen mecánicamente irreversible a veces no se puede calcular mediante termodinámica…

Este se aplica en aquellos procesos que, como la entropía, no son reversibles en el tiempo. Desde

esta perspectiva termodinámica, todos los procesos naturales son irreversibles. El fenómeno

de la irreversibilidad resulta del hecho de que si un sistema termodinámico de moléculas interactivas es trasladado de un estado

termodinámico a otro, ello dará como resultado que la configuración o distribución de átomos y moléculas en el seno de dicho sistema variará.

EJEMPLO:La presión externa sobre el pistón, se

reduce bruscamente y después se mantiene fija, por lo que la presión

interior sobre el pistón es mayor que la presión exterior, y el pistón sufre una

aceleración hacia fuera.

•

Esta aceleración inicial del pistón del pistón alejándose del sistema destruirá la uniformidad de presión del gas encerrado.La aceleración del pistón produce turbulencia en el gas.

LEY DE LA CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA

W irrev = -∫₁² P ext dv -∆K pist

∆K pist = cambio infinitesimal de la energía cinetica del

pistón.

CUANDO EL PISTÓN SE ENCUENTRA EN REPOSO

• ∆K pist = 0-0 = 0• W irrev = -∫₁² P ext dV

CALOR

ANTECEDENTES DEL CALOR

JOSEHP BLACK

LAVOISIERBENJAMIN THOMPSON

JAMES PRESCOTT

JOULES

DEFINICIóN DE CALOR

El calor, o energía térmica, de define como la energía que se transmite desde un cuerpo a otro cuando en ellos hay una diferencia de temperaturas.

El calor es el proceso de transferencia de energía entre diferentes cuerpos o diferentes zonas de un mismo cuerpo que se encuentran a distintas temperaturas.

MEDICIÓN DEL CALOR

• La medición del calor se realiza a través del calorímetro.

• El calorímetro es un instrumento que sirve para medir las cantidades de calor suministradas o recibidas por los cuerpos. Es decir, sirve para determinar el calor específico de un cuerpo, así como para medir las cantidades de calor que liberan o absorben los cuerpos.

• Q: cantidad de calor transferida, Cal• Ce: calor específico de la sustancia,

Cal/Kg. ºC• T: cambio de temperatura experimentado

por la sustancia, º C

Formula para calcular El calor

CAPACIDAD CALORIFICA

• La capacidad calorífica de un cuerpo es el cociente entre la cantidad de energía calorífica transferida a un cuerpo o sistema en un proceso cualquiera y el cambio de temperatura que

experimenta.

• Es la energía necesaria para aumentar una unidad de temperatura de una determinada sustancia. Indica la mayor o menor dificultad que presenta dicho cuerpo para experimentar cambios de temperatura bajo el suministro de calor.

UNIDADES DE MEDIDA

La unidad de medida del calor en el Sistema Internacional de Unidades es la misma que la de la energía y el trabajo: el Joule.

• La caloría es conocida como caloría pequeña, en comparación con la kilocaloría.

1 Kcal = 1000 cal• Joule, estableció el equivalente

mecánico del calor:1 cal = 4,184 J

• El BTU es la cantidad de calor que se debe agregar a una libra de agua para aumentar su temperatura en un grado Fahrenheit, y equivale a 252 calorías.

TIPOS DE

CALOR

CALOR ESPECÍFICO

• El calor específico es la energía necesaria para elevar 1 °C la temperatura de un gramo de materia.

• El calor específico es un parámetro que depende del material y relaciona el calor que se proporciona a una masa determinada de una sustancia con el incremento de temperatura:

donde:• es el calor aportado al sistema.• es la masa del sistema.• es el calor específico del sistema.• es el incremento de temperatura

que

Las unidades más habituales de calor específico son J / (kg · K) y cal / (g · °C).

Sustancia Calor específico (cal/g.ºC)

Aluminio 0,215

Berilio 0,436

Cadmio 0,055

Cobre 0,0924

Germanio 0,077

Oro 0,0308

Hierro 0,107

Plomo 0,0305

Silicio 0,168

Plata 0,056

Otros sólidos

Latón 0,092

Madera 0,41

Vidrio 0,200

Hielo (- 5 º C) 0,50

Mármol 0,21

Líquidos

Alcohol etílico 0,58

Mercurio 0,033

Agua (15 º C) 1

Tabla de calor específicos

Calor especifico molar • El calor específico de una sustancia es un índice

importante de su constitución molecular interna, y a menudo da información valiosa de los detalles de su ordenación molecular y de las fuerzas intermoleculares. En este sentido, con frecuencia es muy útil hablar de calor específico molar denotado por cm, y definido como la cantidad de energía necesaria para elevar la temperatura de un mol de una sustancia en 1 grado es decir, está definida por:

• ¿Qué cantidad de calor necesita absorber un trozo de cobre cuya masa es 25g si se encuentra a una temperatura de 8ºC y se desea que alcance una temperatura final de 20ºC?

problemas

bibliografia

• Fisicoquímica volumen 1 (ira N. Levine)• http://www.uantof.cl/depto_quimica/sbarba

to/_private/conceptos_termodinamica_blanco.pdf

• http://www.qfa.uam.es/fqf/Tema4-2012.pdf