2.4
Tema 2 - La Energía y el Primer Principio
Del mismo modo, puede sustituirse la pila del sistema A por una dinamo sin fricción accionada por un peso que cae, resultando que los efectos en B serían los mismos que en el proceso original (Figura 2.5). Por tanto, es una interacción de trabajo. Obviamente, si en vez de una bombilla hubiera un calentador eléctrico conectado a la pila, también la interacción entre la pila y el calentador sería en forma de trabajo.
Ejemplo 2.3 Se considera ahora una interacción que no es de trabajo. Un bloque metálico A se saca de un frigorífico. Se pone en contacto con otro bloque B sacado de un horno (Figura 2.6). Obviamente, ocurre una interacción entre ellos, que puede comprobarse midiendo la temperatura empírica de ambos bloques. Sistema B Bloque caliente
Test A Dinamo
+ –
Bloque frío Sistema A
Bloque frío
Figura 2.6 – Interacción que no es en forma de trabajo.
Sistema A
Figura 2.7 Un test del sistema A puede ser el siguiente: una dinamo sin fricción accionada por un peso que cae aporta corriente a una resistencia eléctrica, que calienta el bloque frío del sistema A lo mismo que el proceso considerado (Figura 2.7). De este modo, se puede repetir el proceso en A siendo el único efecto externo al sistema A la caída de un peso. Sin embargo, no es posible encontrar un test para B cuyo único efecto sea el aumento de altura de un peso. Como sólo se ha podido realizar uno de los dos tests, esta interacción no es en forma de trabajo. Más adelante identificaremos esta interacción como calor.
2.2
MEDIDA DEL TRABAJO. CONVENIO DE SIGNOS Y NOTACIÓN
El objeto de estudio de la Termodinámica es el sistema, y más en concreto –por razones históricas– los sistemas productores de energía. Por esta razón, el convenio de signos empleado es el contrario al de la Mecánica: para un sistema que realiza trabajo sobre su entorno, el trabajo se define como positivo. En los tests realizados en el apartado anterior para estudiar la interacción de trabajo, el único efecto externo era el cambio de altura de un peso. Este cambio se usa para medir la interacción de trabajo de un sistema con su entorno: W = Wsistema = (∆Ep)entorno = (mg∆z)entorno [J]
[2.2]
•
W > 0: trabajo hecho por el sistema hacia el entorno (levantamiento de un peso en el entorno, ∆z > 0).
•
W < 0: trabajo hecho sobre el sistema desde el entorno (disminución de altura de un peso en el entorno, ∆z < 0).