Balance de energía
para sistemas cerrados
La primera ley y el calor
Ayudas visuales para el instructor
Calor, trabajo y energía. Primer curso de termodinámica
© 2002, F. A. Kulacki
Capítulo 4. Módulo 2. Transparencia ‹#›
Balance de energía para sistemas cerrados:
la primera ley y el calor
Definición de calor...
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Balance de energía para sistemas cerrados:
la primera ley y el calor
La primera ley
El trabajo adiabático realizado sobre un
sistema cerrado es independiente de la
trayectoria para dos estados dados.
 Whacia,adb,1–2
–W
by , adb ,1  2  E 2  E 1
Whacia
W
by  0 ,
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E  KE  PE  U
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la primera ley y el calor
Calor: resultado de procesos no adiabáticos
P1
Trayectoria no
adiabática, i.e., Q1-2 > 0.
Trayectoria adiabática,
i.e., Q1-2 = 0.
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P2
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Calor definido
 Whacia,adb,1–2
–W
by , adb ,1  2
W
–W
by ,1 2
hacia,1–2
 U 2 U1
 U 2 U1
–WWhacia,1–2
by ,1 2  Q 1 2  U 2  U 1
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la primera ley y el calor
Calor definido
Q 1 2  W
WW
Wbyhacia,1–2
,1 2  –
by ,hacia,adb,1–2
adb ,1 2
Transferencia de calor
al sistema: Q 1  2  0
Transferencia de calor
Q

0
1

2
desde el sistema:
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Balances de energía...
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Balances de energía
Cambio de la energía
en el sistema
=
Transferencia de calor en
la frontera del sistema
Trabajo realizado
- por el sistema
Estos términos se evalúan en la frontera del
sistema. Representan interacciones
energéticas entre el sistema y su ambiente.
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Ejemplo 1
Q
Pérdida de calor, (W)
Salida de trabajo mecánico
Wentra
in
Motor
Entrada de
fuerza eléctrica
(W)
 PE
Wfuera


out
m
m
z

g 

F z   0 , 0 ,  m
gc 

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Q
Ejemplo 1
W entra
in
Motor
 PE
W fuera


out
m
m
En la operación estable
no hay cambio de estado
del sistema, y



 Wentra
in  Wfuera
out  Q loss  0
pérdida
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Ejemplo 2
Pérdida de calor del motor
Frontera del sistema
B
Trabajo mecánico
para incrementar
la masa, m
M
m
La batería almacenó
energía. Se libera en
forma de corriente eléctrica.
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Fuerza = mg
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Q pérdida
loss
Ejemplo 2
W by
hacia
B
M
m
En la operación en transición
la energía química almacenada
en la batería se convierte en fuerza
eléctrica y en trabajo mecánico y
calor.

E 1 2  Q pérdida

W
loss
by
hacia
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Ejemplo 3
Q5
Ventilador
Q1
W
Batería
Motor
Q2
B
Q3
Q4
Para analizar correctamente este arreglo todas las transferencias de
energía y trabajo deben contabilizarse. ¿Dónde está la fuente primaria?
¿Cuáles son los sistemas de posible análisis?
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Ejemplo 4
Q 1  m 2
Q 2  m 1
Q 3
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W
Estanque
solar
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Procesos cíclicos...
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Procesos cíclicos
P1
S1
S2
dU 1 2   Q 1 2   W by
hacia,1–2
,1  2

dU 
1  2 1
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
1  2 1
Q 

P2
 W by
hacia
1  2 1
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la primera ley y el calor
Equivalencia del calor y el trabajo
0 

Q 
cycle
ciclo

 Whacia
by
cycle
ciclo
Este es un resultado importante que dice que
el calor y el trabajo cíclicos son lo mismo.
Establece que el calor y el trabajo son formas
diferentes de energía.
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Conceptos y términos clave
Proceso adiabático
Ciclo
Calor cíclico
Trabajo cíclico
Energía
Calor
Transferencia de calor
Energía interna
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