Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

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CAPÍTULO 2
Calor y trabajo son cantidades direccionales y la descripción completa de
sus interacciones requieren la especificación de la magnitud y la dirección.
Una forma de hacer esto es adoptar un convenio de signo: generalmente se
acepta para las interacciones de calor y trabajo un convenio de signo formal,
tal que la transferencia de calor hacia un sistema y el trabajo hecho por un
sistema son positivos; la transferencia de calor desde un sistema y el trabajo
hecho sobre un sistema son negativos. Otra forma es usar los subíndices
entrada y salida para indicar la dirección (Fig. 2-20), por ejemplo, la introducción
de 5 kJ de trabajo se expresa como W entrada 5 kJ, en tanto que una
pérdida de calor de 3 kJ se expresa como Q salida 3 kJ. Cuando se desconoce
la dirección de una interacción de calor o trabajo, simplemente se supone una
dirección (con el subíndice entrada o salida) para determinar la interacción.
Un resultado positivo indica que la dirección supuesta es correcta, mientras
que un resultado negativo indica que la relación de la interacción es opuesta
a la dirección preestablecida: es como suponer una dirección para una fuerza
desconocida al resolver un problema de estática, e invertir la dirección cuando
se obtiene un resultado negativo para dicha fuerza. En este libro se utiliza el
método intuitivo, con el que se eliminan las necesidades de adoptar un convenio
de signos y de asignar cuidadosamente valores negativos a algunas interacciones.
Observe que una cantidad transferida hacia o desde un sistema durante
una interacción no es una propiedad puesto que la medida de dicha cantidad
depende de algo más que sólo el estado del sistema. El calor y el trabajo son
mecanismos de transferencia de energía entre un sistema y el exterior, y existen
muchas similitudes entre ellos:
Alrededores
Sistema
Q entrada
Q salida
W entrada
W salida
FIGURA 2-20
Especificaciones de las direcciones de
calor y trabajo.
1. Tanto el calor como el trabajo pueden ser reconocidos en las fronteras de
un sistema cuando las cruzan; es decir, son fenómenos de frontera.
2. Los sistemas poseen energía, pero el calor o el trabajo no.
3. Ambos se relacionan con un proceso, no con un estado. A diferencia de
las propiedades, ni el calor ni el trabajo tienen significado en un estado.
4. Ambos son función de la trayectoria (es decir, sus magnitudes dependen
de la trayectoria seguida durante un proceso, así como de los estados iniciales
y finales).
Las funciones de la trayectoria son diferenciales inexactas que se denotan
por el símbolo d. Así, una cantidad diferencial de calor o trabajo se representa
mediante dQ o dW, respectivamente, en lugar de dQ o dW. Sin embargo,
las propiedades son funciones de estado (es decir, sólo dependen del estado y
no de cómo un sistema llega a ese estado) y son diferenciales exactas designadas
por el símbolo d. Un pequeño cambio de volumen, por ejemplo, se
representa por dV, y el cambio de volumen total durante un proceso entre los
estados 1 y 2 es
P
1
ΔV A = 3 m 3 ; W A = 8 kJ
Δ V B = 3 m 3 ; W B = 12 kJ
Proceso B
1
2
dV V 2 V 1 ¢V
Proceso A
2
Es decir, el cambio de volumen entre los procesos 1 y 2 es siempre el volumen
en el estado 2 menos el volumen en el estado 1, sin importar la trayectoria
seguida (Fig. 2-21). Sin embargo, el trabajo total realizado entre los procesos
1 y 2 es
2
dW W 12 1no ¢W2
1
2 m 3
5 m 3
FIGURA 2-21
Las propiedades son funciones de punto;
pero el calor y el trabajo son funciones
de la trayectoria (sus magnitudes dependen
de la trayectoria seguida).
V