Trabajo (termodinámica)
Un ejemplo es el calentamiento Joule, ya que se produce por fricción al pasar la corriente eléctrica a través del sistema termodinámico.
La velocidad a la que se realiza el trabajo es la Potencia, medida en julios por segundo y denotada con la unidad vatio (W).
Concretamente, según Carnot: Usamos aquí fuerza motriz para expresar el efecto útil que un motor es capaz de producir.
Este efecto puede compararse siempre a la elevación de un peso hasta cierta altura.
Utilizando estos valores, Joule pudo determinar el equivalente mecánico del calor.
Las definiciones modernas de calor, trabajo, temperatura y energía están relacionadas con este experimento.
La energía suministrada por la caída del peso pasó al agua en forma de calor.
La energía también puede transferirse hacia o desde un sistema mediante la transferencia de materia.
Algunos autores han considerado esta equivalencia con el levantamiento de un peso como una característica definitoria del trabajo.
Tal conversión puede idealizarse como casi sin fricción, aunque se produce con relativa rapidez.
[1] El trabajo termodinámico no tiene en cuenta ninguna energía transferida entre sistemas como calor o mediante transferencia de materia.
Esta última no puede dividirse unívocamente en componentes de calor y trabajo.
A efectos de cálculos teóricos sobre un sistema termodinámico, se pueden imaginar "procesos" termodinámicos ficticios idealizados que ocurren tan lentamente que no incurren en fricción dentro o en la superficie del sistema; entonces se pueden considerar virtualmente reversibles.
Estos procesos ficticios se desarrollan a lo largo de trayectorias sobre superficies geométricas descritas exactamente por una ecuación característica del sistema termodinámico.
Los procesos termodinámicos realmente posibles, que ocurren a velocidades prácticas, incluso cuando ocurren sólo por trabajo evaluado en el entorno como adiabático, sin transferencia de calor, siempre incurren en fricción dentro del sistema, por lo que siempre son irreversibles.
Dicho trabajo es adiabático para el entorno, aunque esté asociado a la fricción dentro del sistema.
[14] Esto contrasta con la mecánica clásica, donde el trabajo neto ejercido por una partícula es una función de estado.
[33] La afirmación de que un proceso es cuasiestático proporciona información importante sobre el proceso, pero no determina la trayectoria P-V de forma única, porque la trayectoria puede incluir varios retrocesos y avances lentos en volumen, lo suficientemente lentos como para excluir la fricción dentro del sistema ocasionada por la desviación del requisito cuasiestático.
Una pared adiabática es aquella que no permite el paso de energía por conducción o radiación.
[14] En otra notación, δW se escribe đW (con una línea a través de la d).
Para un par constante especificado, el trabajo realizado durante n revoluciones se determina de la siguiente manera: una fuerza F que actúa a través de un brazo de momento r genera un par T Esta fuerza actúa a lo largo de una distancia s , que está relacionada con el radio r por El trabajo del eje se determina entonces a partir de: La potencia transmitida a través del eje es el trabajo del eje realizado por unidad de tiempo, que se expresa como Cuando se aplica una fuerza sobre un muelle, y la longitud del muelle cambia en una cantidad diferencial dx, el trabajo realizado es Para los muelles elásticos lineales, el desplazamiento x es proporcional a la fuerza aplicada donde K es la constante del muelle y tiene la unidad de N/m.
Esto es cierto siempre que la fuerza se encuentre en el rango elástico, es decir, no sea lo suficientemente grande como para provocar una deformación permanente o plástica.
La parte móvil del armazón de alambre necesita cierta fuerza para estirar la película.
En muchas situaciones prácticas, esto puede representarse mediante la función de disponibilidad termodinámica o exergía.
Dos casos importantes son: en sistemas termodinámicos donde la temperatura y el volumen se mantienen constantes, la medida del trabajo útil alcanzable es la función de energía libre de Helmholtz ; y en sistemas donde la temperatura y la presión se mantienen constantes, la medida del trabajo útil alcanzable es la energía libre de Gibbs.
La fuerza es la debida a la presión ejercida sobre la pared de interfaz por el material dentro del sistema; esa presión es una variable de estado interna del sistema, pero se mide correctamente mediante dispositivos externos en la pared.
Transfiere energía por rotación, pero finalmente no cambia la forma o el volumen del sistema.
Un sistema que se encuentra inicialmente en un estado de equilibrio termodinámico no puede iniciar ningún cambio en su energía interna.
Cuando el sistema está en su propio estado de equilibrio termodinámico interno, su temperatura es uniforme en todas partes.
Si el volumen y otras variables de estado extensivas, además de la entropía, se mantienen constantes durante el proceso, entonces el calor transferido debe aparecer como temperatura y entropía aumentadas; en un campo gravitacional uniforme, la presión del sistema será mayor en la parte inferior que en la parte superior.
