jueves, 6 de octubre de 2016

Termodinámica - Transferencia de calor

Termodinámica



Energía interna 

La energía interna de un sistema es una caracterización  de la energía microscópica de todas las partículas que lo componen. Un sistema está formado por gran cantidad de partículas en movimiento. Cada una de ellas posee:
  • Energía cinética, por el hecho de encontrarse a una determinada velocidad
  • Energía potencial gravitatoria, por el hecho de encontrarse en determinadas posiciones unas respecto de otras 
  • Energía potencial elástica, por el hecho vibrar en el interior del sistema
Existen, además, otros tipos de energía asociadas a las partículas microscópicas tales como la energía química o la nuclear. 
En definitiva, en el interior de un sistema conviven distintos tipos de energía, asociadas a las partículas microscópicas que los componen y que forman su energía interna.
En termodinamica la energia intena de un sistema (U) es una variable de estado. Representa la suma de toda la suma de la energia de las particulas microscopicas que compone el sistema. Su unidad de medida es el joule (j)

Energía interna en gases ideales

En los gases ideales, la energía interna se puede aproximar a la energía cinética media de las partículas que lo componen. La expresión que se recoge más abajo permite determinar su variación en un proceso cuyo volumen permanece constante (proceso isocórico).
La energía interna de un gas ideal depende únicamente de la termperatura que tenga el gas. Lavariación de energía interna que experimenta un gas al cambiar de temperatura viene dada por:

∆U=m⋅cv⋅∆T

Donde:
  • ∆U : Incremento de energía interna del gas ( ∆U = Ufinal - Uinicial ). Su unidad de medida en el Sistema Internacional es el julio ( J )
  • m : Masa. Cantidad de gas considerada. Su unidad de medida en el Sistema Internacional es el kilogramo ( kg )
  • cv : Calor específico a volumen constante. Representa la facilidad que el gas tiene para variar su temperatura cuando intercambia calor con el entorno. Su unidad de medida en el Sistema Internacional es el julio por kilogramo por kelvin ( J/kg·K ) aunque también se usa con frecuencia la caloría por gramo y por grado centígrado ( cal/g·ºC ). Cuando conocemos el número de moles de sustancia en lugar de su peso (nos dan m en moles), podemos usar el calor específico molar que se suele específicar en J/mol·K  ó cal/g·ºC
  • ∆T : Variación de temperatura. Viene determinada por la diferencia entre la temperatura inicial y la final ∆T = Tf -Ti . Su unidad de medida en el Sistema Internacional es el kelvín ( K ) aunque también se suele usar el grado centígrado o celsius ( ºC )

Primera ley de la termodinámica

La primera ley de la termodinámica establece una relación entre la energía interna del sistema y la energía que intercambia con el entorno en forma de calor o trabajo.
∆U= Q - W
Donde:
  • ∆U : Incremento de energía interna del sistema ( ∆U = Ufinal - Uinicial ). Su unidad de medida en el Sistema Internacional es el julio ( J )
  • Q : Calor intercambiado por el sistema con el entorno. Su unidad de medida en el Sistema Internacional es el julio ( J ), aunque también se suele usar la caloría ( cal ). 1 cal = 4.184 J
  • W : Trabajo intercambiado por el sistema con el entorno. Su unidad de medida en el Sistema Internacional es el julio ( J )
Problemas 
1)Un sistema sufre un proceso en el cual absorbe 219 joule y se expande realizando un trabajo de 319 joule ¿cuál  es la variación de la energía interna en joule que experimento el sistema?

#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
//1)Declaración:
int u,q,w;
//2) Asignacion:
cout<<"ingrese el calor absorbido (cal): "; cin>>q;
cout<<"ingrese el trabajo realizado(joule): "; cin>>w;
//3Proceso:
u=q-w
//4) Resultado
;cout<<"calor trasferido es: "<<u<<endl;


Problema
2) Un sistema termodinámico libera 120 joule de calor a su vecindad y de el se realiza un trabajo de 280 joule. Determine la energía final interna si la energía inicial era de 286  joule.
#include <iostream>

using namespace std;
int main()
{
//1)Declaración:
int uf,q,uo,w;
//2) Asignacion:
cout<<"ingrese el calor liberado (cal): "; cin>>q;
cout<<"ingrese el trabajo realizado(joule): "; cin>>w;
cout<<"ingrese la energia interna inicial: "; cin>>uo;
//3Proceso:
uf=q+w+uo
//4) Resultado
;cout<<"la energia final es: "<<uf<<endl;
system("pause");

return 0;

}