Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

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CAPÍTULO 2
Análisis En este problema, las superficies internas del horno forman las fronteras
del sistema (Fig. 2-24). Es evidente que el contenido de energía del horno se
incrementa durante este proceso, según se comprueba por el aumento de temperatura.
Esta transferencia de energía al horno se debe no a una diferencia de
temperatura entre el horno y el aire circundante, sino a los electrones que cruzan
la frontera del sistema y, por lo tanto, realizan trabajo. Por consiguiente, ésta es
una interacción de trabajo.
Frontera del sistema
Horno eléctrico
Elemento
de calentamiento
EJEMPLO 2-6 Calentamiento de un horno mediante
transferencia de calor
Conteste la pregunta del ejemplo 2-5 considerando que el sistema está conformado
sólo por el aire contenido en el horno y sin que éste cuente con el
elemento de calentamiento.
Solución La pregunta del ejemplo 2-5 se considerará de nuevo pero ahora el
sistema sólo consta del aire dentro del horno.
Análisis La frontera del sistema incluirá la superficie externa del elemento
de calentamiento sin cortarlo (Fig. 2-25); por lo tanto, ningún electrón cruza
la frontera del sistema en ningún punto. En cambio, la energía generada en
el interior del elemento de calentamiento se transferirá al aire de su entorno
como resultado de la diferencia de temperatura entre éste y el elemento. De
esta manera se tiene un proceso de transferencia de calor.
Comentario En ambos casos, la cantidad de transferencia de energía hacia el
aire es la misma. En estos dos ejemplos se observa que una transferencia de
energía puede corresponder a calor o trabajo, dependiendo de cómo se seleccione
el sistema.
FIGURA 2-24
Esquema para el ejemplo 2-5.
Frontera del sistema
Horno eléctrico
Elemento
de calentamiento
FIGURA 2-25
Esquema para el ejemplo 2-6.
Trabajo eléctrico
En el ejemplo 2-5 se señaló que los electrones que cruzan la frontera del sistema
realizan trabajo eléctrico sobre éste. En un campo eléctrico, los electrones
de un alambre se mueven por el efecto de fuerzas electromotrices, por
lo tanto realizan trabajo. Cuando N coulombs de carga eléctrica se mueven a
través de una diferencia de potencial V, el trabajo eléctrico realizado es
W e VN
el cual se expresa también en forma de tasa como
W # e VI 1W2
(2-18)
donde W . e es la potencia eléctrica e I es el número de cargas eléctricas que
fluyen por unidad de tiempo, es decir, la corriente (Fig. 2-26). En general,
tanto V como I varían con el tiempo y el trabajo eléctrico realizado durante un
intervalo de tiempo t se expresa como
W e
2
1
VI dt 1kJ2
(2-19)
Si tanto V como I permanecen constantes durante el intervalo de tiempo t, la
ecuación se reduce a
W e = VI
= I 2 R
= V 2 /R
FIGURA 2-26
Potencia eléctrica en términos de
resistencia R, corriente I y diferencia
de potencial V.
R
I
V
W e
VI ¢t 1kJ2
(2-20)