INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE TACÁMBARO

1. INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE TACÁMBARO INGENIERÍA EN INDUSTRIAS ALIMENTARIAS MATERIA: termodinámica TEMA: Trabajo y calor PROFR: URIEL OLIVARES MOLINA INTEGRANTES DEL EQUIPO No 2: LIZETH CINTHIA AGUILAR TORRES CELINDA MIRANDA ROMERO JESSICA IVETH PEDRAZA MORA ITZEL DANIELA RODRIGUEZ AGUILAR GEMA YURITZI SOSA REYNOSA

2. conceptos 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 físicaescalar 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

3. 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 = Fxdx

4. 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 = Fxdx + Fydy + Fzdz

5. 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

6. 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

7. 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 Fxdx +∫₁² Fydy +∫₁² Fzdz

8. 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 = mvxdvx y la ecu anterior se convierte en: • W = ∫₁² mvxdvx + ∫₁² mvydvy + ∫₁² mvzdvz • W = ½m(v²x₂ + v²y₂ +v²z₂) - ½m(v²x₁ +v²y₁ + v²z₁)

9. Unidades de trabajo • Sistema Internacional de Unidades • Julioo joule, unidad de trabajo en el SI • Kilojulio: 1 kJ = 103 J • Sistema Técnico de Unidades • kilográmetroo 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)

10. Tipos de trabajo

11. compresión reversible expansión Expansión por dos etapas irreversible Expansión por varias etapas

12. Trabajo de expansión • 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

13. 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

20. TRABAJO DE COMPRESION

21. 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.

22. 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.

25. 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 V1 .

27. 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;

29. Cantidades mínimas y máximas de trabajo

30. 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.

31. 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.

32. 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=

33. 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

34. 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.

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

36. 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.

37. 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.

38. 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.

39. LEY DE LA CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA W irrev = -∫₁² P extdv -∆K pist ∆K pist = cambio infinitesimal de la energía cinetica del pistón.

40. CUANDO EL PISTÓN SE ENCUENTRA EN REPOSO • ∆K pist = 0-0 = 0 • W irrev = -∫₁² P extdV

41. CALOR

42. ANTECEDENTES DEL CALOR

43. 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.

44. 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.

45. Formula para calcular El calor • 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

46. 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.

47. 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.

48. 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.

49. TIPOS DE CALOR

50. 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: