Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

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INTRODUCCIÓN Y CONCEPTOS BÁSICOS
EJEMPLO 1-3 El peso de una libra-masa
Por medio de las relaciones de conversión de unidades, muestre que 1.00
lbm pesa 1.00 lbf en la Tierra (Fig. 1-17).
FIGURA 1-17
En la Tierra, una masa de 1 lbm
pesa 1 lbf.
Solución Una masa de 1.00 lbm se somete a la gravedad terrestre estándar.
Se determinará su peso en lbf.
Suposiciones Se consideran condiciones estándar al nivel del mar.
Propiedades La constante gravitacional es g 32.174 pie/s 2 .
Análisis Se aplica la segunda ley de Newton para calcular el peso (fuerza)
que corresponde a la masa y aceleración conocidas. El peso de cualquier
objeto es igual a su masa multiplicada por el valor local de la aceleración
debida a la gravedad. Así,
W mg 11.00 lbm2132.174 pie>s 2 1 lbf
2a
b 1.00 lbf
32.174 lbm # pie>s
2
Explicación La cantidad dentro del paréntesis grande de esta ecuación es
una relación de conversión unitaria. La masa es la misma sin importar su
ubicación. Sin embargo, en algún otro planeta cuyo valor de la aceleración
gravitacional es diferente, el peso de 1 lbm diferiría del valor calculado aquí.
Peso neto:
una libra
(454 g)
Cuando se compra una caja de cereal en la impresión se lee “Peso neto:
una libra (454 gramos)” (Fig. 1-18). En términos técnicos, esto significa que
el cereal dentro de la caja pesa 1.00 lbf en la Tierra y tiene una masa de 453.6 g
(0.4536 kg). Usando la segunda ley de Newton, el peso real del cereal en el
sistema métrico es
1 N 1 kg
W mg 1453.6 g 219.81 m >s 2 2a ba
1 kg # m >s
2
1 000 g b 4.49 N
1-3 ■ SISTEMAS CERRADOS Y ABIERTOS
FIGURA 1-18
Una peculiaridad del sistema métrico de
unidades.
ALREDEDORES
SISTEMA
FRONTERA
FIGURA 1-19
Sistema, alrededores y frontera.
Un sistema se define como una cantidad de materia o una región en el espacio
elegida para análisis. La masa o región fuera del sistema se conoce como
alrededores. La superficie real o imaginaria que separa al sistema de sus alrededores
se llama frontera (Fig. 1-19). La frontera de un sistema puede ser
fija o móvil. Note que la frontera es la superficie de contacto que comparten
sistema y alrededores. En términos matemáticos, la frontera tiene espesor cero
y, por lo tanto, no puede contener ninguna masa ni ocupar un volumen en el
espacio.
Los sistemas se pueden considerar cerrados o abiertos, dependiendo de si
se elige para estudio una masa fija o un volumen fijo en el espacio. Un sistema
cerrado (conocido también como una masa de control) consta de una
cantidad fija de masa y ninguna otra puede cruzar su frontera. Es decir, ninguna
masa puede entrar o salir de un sistema cerrado, como se ilustra en la
figura 1-20. Pero la energía, en forma de calor o trabajo puede cruzar la frontera;
y el volumen de un sistema cerrado no tiene que ser fijo. Si, como caso
especial, incluso se impide que la energía cruce la frontera, entonces se trata
de un sistema aislado.
Considérese el dispositivo de cilindro-émbolo mostrado en la figura 1-21.
Suponga que se desea saber qué pasa con el gas encerrado cuando se calienta.
Puesto que el interés se centra en el gas, éste es el sistema. Las superficies
internas del émbolo y el cilindro forman la frontera, y como ninguna masa
la cruza, se trata de un sistema cerrado. La energía puede cruzar la frontera y
parte de la frontera (la superficie interna del émbolo, en este caso) se puede