Ingeniero

• Analizar la ecuación derivada de la primera ley de la termodinámica, aplicada a un sistema con flujo estacionario.

• Analizar la ecuación derivada de la primera ley de la termodinámica, aplicada a un sistema sin flujo.

• Investigar la ley cero de la termodinámica y ejemplificarla

• Por medio de un intercambiador de calor (ejemplo: radiador de automóvil) explicar la ley cero de la termodinámica

Energía Potencial

La energía potencial es el tipo de energía mecánica asociada a la posición o configuración de un objeto. Podemos pensar en la energía potencial como la energía almacenada en el objeto debido a su posición y que se puede transformar en energía cinética o trabajo. El concepto energía potencial, U, se asocia con las llamadas fuerzas conservadoras. Cuando una fuerza conservadora, como la fuerza de gravedad, actúa en un sistema u objeto; la energía cinética ganada (o perdida) por el sistema es compensada por una perdida (o ganancia) de una cantidad igual de energía potencial. Esto ocurre según los elementos del sistema u objeto cambia de posición.

Energía Cinética

La energía cinética es la energía que un objeto posee debido a su movimiento. La energía cinética depende de la masa y la velocidad del objeto según la ecuación

E = (1/2)mv2

donde m es la masa del objeto y v2 la velocidad del mismo elevada al cuadrado. El valor de E también puede derivarse de la ecuación

E = (ma)d

donde a es la aceleración de la masa m y d es la distancia a lo largo de la cual se acelera. Las relaciones entre la energía cinética y la energía potencial, y entre los conceptos de fuerza, distancia, aceleración y energía, pueden ilustrarse elevando un objeto y dejándolo caer.

Cuando el objeto se levanta desde una superficie se le aplica una fuerza vertical. Al actuar esa fuerza a lo largo de una distancia, se transfiere energía al objeto. La energía asociada a un objeto situado a determinada altura sobre una superficie se denomina energía potencial. Si se deja caer el objeto, la energía potencial se convierte en energía cinética.

Energía Interna

La energía interna U de un sistema intenta ser un reflejo de la energía a escala microscópica. Más concretamente, es la suma de la energía cinética interna, es decir, de las sumas de las energías cinéticas de las individualidades que lo forman respecto al centro de masas del sistema, y de la energía potencial interna, que es la energía potencial asociada a las interacciones entre estas individualidades.

La energía interna no incluye la energía cinética traslacional o rotacional del sistema como un todo. Tampoco incluye la energía potencial que el cuerpo pueda tener por su localización en un campo gravitacional o electrostático externo.

Si pensamos en constituyentes atómicos o moleculares, será el resultado de la suma de la energía cinética de las moléculas o átomos que constituyen el sistema (de sus energías de traslación, rotación y vibración), y de la energía potencial inter-molecular (debida a las fuerzas inter-moleculares).

En un gas ideal monoatómico bastará con considerar la energía cinética de traslación de sus moléculas.

En un gas ideal poliatómico, deberemos considerar además la energía vibra-cional y rotacional de las mismas.

En un líquido o sólido deberemos añadir la energía potencial que representalas interacciones moleculares.

La energía interna U es una propiedad extensiva. La propiedad intensiva aso- ciada es la energía interna específica u; es decir, u = U/m. En el caso de los sistemas simples en equilibrio, sólo se necesitan dos propiedades para determinar el estado de una sustancia pura, como el aire o el vapor de agua. Como la energía interna es una propiedad, sólo depende de, por ejemplo, la presión y la tempera- tura; o en el caso del vapor de agua, depende de la calidad y la temperatura (o la presión). Su valor para una calidad dada será

u = uf + x(ug − uf )

Ahora se puede aplica el primer principio a sistemas cuyas sustancias de trabajo se tengan tabulados los valores de sus propiedades. Antes de aplicar el primer principio a sistemas en los que intervienen gases ideales o sólidos, resulta conveniente introducir algunas propiedades adicionales que simplifiquen la tarea.

Calor

El calor está definido como la forma de energía que se transfiere entre diferentes cuerpos o diferentes zonas de un mismo cuerpo que se encuentran a distintas temperaturas, sin embargo en termodinámica generalmente el término calor significa simplemente transferencia de energía. Este flujo de energía siempre ocurre desde el cuerpo de mayor temperatura hacia el cuerpo de menor temperatura, ocurriendo la transferencia hasta que ambos cuerpos se encuentren en equilibrio térmico (ejemplo: una bebida fría dejada en una habitación se entibia).

La energía calórica o térmica puede ser transferida por diferentes mecanismos de transferencia, estos son la radiación, la conducción y la convección, aunque en la mayoría de los procesos reales todos se encuentran presentes en mayor o menor grado. Cabe resaltar que los cuerpos no tienen calor, sino energía térmica. La energía existe en

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