Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

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ENERGÍA, TRANSFERENCIA DE ENERGÍA
x 1 = 1 mm
Posición
de reposo
x 2 = 2 mm
contracción de estas barras se puede determinar al sustituir la presión P por su
contraparte en los sólidos, el esfuerzo normal s n F/A, en la expresión para
el trabajo:
2
2
W elástico F dx s n A dx1kJ2 (2-30)
1
donde A es el área de la sección transversal de la barra. Observe que el
esfuerzo normal tiene unidades de presión.
1
x
FIGURA 2-34
Las barras sólidas se comportan como
resortes bajo la influencia de una fuerza.
Marco rígido de alambre
Superficie de la película
b
F 1 = 300 N
x
F 2 = 600 N
FIGURA 2-33
El desplazamiento de un resorte lineal se
duplica al duplicar la fuerza.
F
Alambre
móvil
F
FIGURA 2-35
Estiramiento de una película líquida con
un alambre móvil.
dx
Trabajo relacionado con el estiramiento
de una película líquida
Considere una película líquida de jabón, por ejemplo, suspendida en un marco
ajustable de alambre (Fig. 2-35). Se sabe por experiencia que se requiere cierta
fuerza para estirar la película con el lado móvil del marco de alambre. Esta
fuerza se emplea para vencer las fuerzas microscópicas entre las moléculas
existentes en las interfaces líquido-aire. Estas fuerzas microscópicas son perpendiculares
a cualquier línea de la superficie, y la fuerza que generan por
unidad de longitud se llama tensión superficial s s , cuya unidad es N/m. Por
lo tanto, el trabajo relacionado con el estiramiento de una película también se
llama trabajo de tensión superficial, determinado por
2
W superficial s s dA1kJ2 (2-31)
1
donde dA 2b dx que es el cambio en el área superficial de la película. El
factor 2 se debe a que la película tiene dos superficies en contacto con el aire.
La fuerza que actúa sobre el alambre móvil como resultado de los efectos de
la tensión superficial es F 2bs s donde s s es la fuerza de la tensión superficial
por unidad de longitud.
Trabajo hecho para elevar o acelerar un cuerpo
Cuando un cuerpo se eleva en un campo gravitacional, se incrementa su energía
potencial. De manera similar, cuando un cuerpo es acelerado, se incrementa
su energía cinética. El principio de conservación de la energía requiere
que sea transferida una cantidad equivalente de energía al cuerpo que está
siendo elevado o acelerado. Recuerde que la energía se transfiere a una masa
mediante calor o trabajo, y en este caso la energía transferida no es calor
puesto que la fuerza impulsora no es producto de una diferencia de temperatura;
por lo tanto, debe ser trabajo. Así, se concluye que 1) la transferencia
de trabajo requerida para elevar un cuerpo es igual al cambio en la energía
potencial del cuerpo y 2) la transferencia de trabajo necesaria para acelerar
un cuerpo es igual al cambio de energía cinética del cuerpo (Fig. 2-36). Análogamente,
la energía cinética o potencial de un cuerpo representa el trabajo
que se obtiene del cuerpo a medida que éste regresa al nivel de referencia o es
desacelerado a velocidad cero.
La explicación anterior junto con la consideración para el rozamiento y
otras pérdidas son la base para determinar la potencia nominal de los motores
usados para impulsar dispositivos como elevadores, escaleras eléctricas, bandas
transportadoras y teleféricos. También desempeñan un papel primordial
en el diseño de motores de aviones y automóviles y en el establecimiento de
la cantidad de potencia hidroeléctrica que se puede producir a partir de un
embalse de agua determinado, que es simplemente la energía potencial del
agua en relación con la ubicación de la turbina hidráulica.