Energía Interna y sus formas de transferencia: CALOR y TRABAJO.

Es esta parte realizaremos otro tipo de análisis. Para definir la energía interna NO usaremos las otras formas de energía existentes y sus transformaciones sino que pensaremos en las diferentes formas de transferencia de la energía interna.

Si Ud. piensa en el capítulo anterior, verá que ya encontramos una de esas formas de transferencia de energía de un cuerpo a otro (o mejor dicho, de un sistema a un ambiente y viceversa). ¿La recuerda?

Análisis termodinámico

Primera Parte:

Justamente aquí relacionaremos la energía interna con la magnitud ya conocida. ¿Ud. no deduce de qué magnitud se trata?

Un bloque que se desliza por el piso se detiene. Si el bloque es el Sistema:

1. ¿Qué magnitud (que no es energía pero relacionada directamente con ella) aparece en este caso?
2. ¿Quién (en realidad «qué») la realiza?
3. ¿La «poseen» los cuerpos? ¿La pueden «perder»?
4. Escriba una ecuación que relacione la DU_S con esta magnitud.
5. ¿Esta ecuación es válida para los primeros experimentos realizados al comienzo?

• Otra vez el TRABAJO.- Del experimento superior, podemos observar que la Energía Mecánica disminuye, por lo tanto la Energía Interna debe aumentar por la ecuación 1 (lo cual se corrobora con el aumento de Temperatura del Sistema). ¡A qué se debe este aumento de Energía Interna? Ya que cambia una energía debe haber una transferencia del Ambiente sobre el Sistema, en este caso en forma de TRABAJO.

• DEFINICIÓN.- A partir de las diferentes ecuaciones manejadas:

• En Definitiva.- Por la ecuación anterior, lo que se destaca es que al realizar un trabajo (en este caso, disipativo) también se puede modificar la Energía Interna del Sistema.

¿Para qué varíe la energía interna es necesario realizarle siempre un trabajo al sistema? Pensemos en las situaciones más cotidianas y encontraremos una nueva forma de transmisión de energía interna.

Repitamos el experimento de las “aguas” dentro de un termo. Consideremos en este caso como Sistema al agua caliente y como Ambiente al agua fría.

1. ¿El Ambiente le realiza trabajo al Sistema?
2. ¿Qué características tiene esta nueva forma de transmisión?
3. ¿Están en contacto el Ambiente y el Sistema?
4. ¿Cómo deben ser las temperaturas de ambos para que aparezca esta nueva forma de transmisión?
5. ¿Hasta que momento se produce la misma?

• La Energía Interna sigue cambiando.- En el caso de este experimento no se observa un trabajo del Ambiente sobre el Sistema. No es observable una fuerza sobre el Sistema pero debe haber alguna forma de transferencia de energía ya que la Energía Interna cambia porque cambia la temperatura del Sistema. ¿Cuál es esa forma de transferencia?
• La necesidad del Calor. Esta nueva forma de transferencia se llama Calor (Q) o «Cantidad de calor». Esta forma de transmisión se produce por “disminución” de energía interna del Sistema y el “aumento” de Energía Interna del Ambiente (o viceversa) debido al contacto térmico de los mismos al existir una diferencia de temperatura entre ellos.

DU_S = Q_A/S

• Un calor aumenta y otro disminuye.- En el vocabulario cotidiano (y también ene le científico) de “calor cedido” y “calor absorbido”. ¿Qué significa estos conceptos desde el punto de vista energético? “Calor absorbido” supone un aumenta del calor del sistema que se observa en el aumento de temperatura, por lo tanto, según nuestro análisis, “calor absorbido” es en realidad, un aumento de Energía Interna. En cambio, “calor cedido”, al disminuir la temperatura del Sistema es una disminución de Energía Interna. Recuerde: Un cuerpo tiene Energía Interna pero nunca tiene Calor almacenado que pueda ganarse o perderse.

Conteste:

a.-    ¿Qué tipo de magnitud es el calor?

b.-    ¿En qué unidades se mide el mismo?

c.-    ¿Cómo son entre sí los intercambios de calor entre el sistema y el ambiente en el experimento?

d.-    Escriba una ecuación que relacione el Q_S/A y el Q_A/S.

e.-    ¿A escala  microscópica cómo se explique el calor?