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Calor, Trabajo y Energía Interna

Calor, Trabajo y Energía Interna
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La energía interna es la energía total asociada a los componentes microscópicos (átomos y moléculas) de un sistema, vista desde un referencial solidario al centro de masas del mismo.

Calor, Trabajo y Energía Interna
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La energía interna es la energía total asociada a los componentes microscópicos (átomos ymoléculas) de un sistema, vista desde un referencial solidario al centro de masas del mismo. El calor es definido como la transferencia de energía a través de la frontera de un sistema, debida a la diferencia de temperatura del mismo con sus alrededores.

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Calor, Trabajo y Energía Interna
Consideremos un gas ideal, en equilibrio térmico, ocupa un volumen V y ejerce una presión P.
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Calor,Trabajo y Energía Interna
Consideremos un gas ideal, en equilibrio térmico, ocupa un volumen V y ejerce una presión P. Entonces, la fuerza que ejerce el gas sobre el pistón será F=PA.
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Calor, Trabajo y Energía Interna
Consideremos un gas ideal, en equilibrio térmico, ocupa un volumen V y ejerce una presión P. Entonces, la fuerza que ejerce el gas sobre el pistón será F=PA. Ahora, se empuja elpistón hacia abajo comprimiendo el gas de manera cuasiestática. Esto es, lentamente, de modo que el sistema recorre una sucesión de estados de equilbrio térmico, desde su estado inicial hasta su estado final.
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Calor, Trabajo y Energía Interna
Consideremos un gas ideal, en equilibrio térmico, ocupa un volumen V y ejerce una presión P. Entonces, la fuerza que ejerce el gas sobre el pistónserá Fg=PA. Ahora, se empuja el pistón hacia abajo comprimiendo el gas de manera cuasiestática. Esto es, lentamente, de modo que el sistema recorre una sucesión de estados de equilbrio térmico, desde su estado inicial hasta su estado final. Para esto el pistón es empujado hacia abajo con una fuerza igual y contraria a la ejercida por el gas, F =−F   j ext g de modo que el trabajo efectuado sobreel gas será:
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dW =F ⋅d  =−F  r j⋅dy  =−F dy =−P A dy =−P dV j ext

Calor, Trabajo y Energía Interna
El trabajo efectuado sobre el gas, es dW =−P dV , por lo cual, si el gas es comprimido, dVTc. Experimentalmente podemos hallar el calor ΔQ que se transmite a través del material, de la cara más fría a la mas caliente en un tiempo Δt. La tasa de transmisión de calor por conducción, ˙ Q≈Q/t es proporcional al área A de la placa y al gradiente térmico  T =T h −T c , y inversamente proporcional al grosor de la placa, Δx.

Mecanismos de Transferencia de Calor
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Conducción Térmica

O sea, que la tasa de conducción térmica a través de la placa verifica: ˙ ∝A  T Q x dT ˙ Q =−k A ˙ ∣=−k A d T ∣Q dx dx

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donde la constante k es la conductividad térmica del material yel signo establece la dirección del flujo de calor: de la pared más caliente a la más fría.

Mecanismos de Transferencia de Calor
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Conducción Térmica
dT dx

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se llama gradiente térmico.

Si una barra de material de longitud L y sección A está aislada de modo que el calor sólo puede escapar por los extremos de la barra, entonces el gradiente térmico de la barra será: d T T h −Tc  ≈ dx L

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Mecanismos de Transferencia de Calor
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Conducción Térmica
dT dx

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se llama gradiente térmico.

Si una barra de material de longitud L y sección A está aislada de modo que el calor sólo puede escapar por los extremos de la barra, entonces el gradiente térmico de la barra será: d T T h −T c  ≈ dx L

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En ese caso, la tasa de calor transferido será:

˙∣Q∣≈k A

T h −T c  L

Mecanismos de Transferencia de Calor
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Conducción Térmica

Si considero una sucesión de materiales en esta condición, con la misma sección A, pero diferentes constantes ki y longitudes Li ( i=1,2,...N ),tendremos que la tasa total de calor transmitido entre los extremos de la sucesión será:

L1 k1

L2 k2

L3 k3

LN ... kN

˙ ∣Q∣≈

A T h −T c 
i...