20.4 Procesos ¡sobáricos y el diagrama P-V
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Por ejemplo, si un gas absorbe 800 J de calor y realiza un trabajo neto de 200 J mientras expulsa 300 J de calor en el proceso, se observa que el calor neto de entrada es AQ = 800 J - 300 J = 500 J Como AW = 200 J, el cambio de la energía interna se determina a partir de la ecuación (20.2) A i/ = AQ —A.W = 500 J - 200 J
o
At/=+300J
El valor positivo indica un incremento de la energía interna del sistema.
jpP Una máquina térmica realiza 240 J de trabajo durante el cual su energía interna disminuye en 400 J. ¿Cuál será el intercambio de calor neto de este proceso? Plan: La energía interna disminuye, así que AU es negativo; el trabajo lo efectúa un mo tor, así que AW es positivo. La magnitud y el signo del intercambio de energía térmica AQ se halla con base en la primera ley de la termodinámica. Solución: Al sustituir AU = —400 J y AW = +240 J se obtiene
AQ = A U + A W = (-4 0 0 J) + (240 J) = -4 0 0 J + 240 J = -1 6 0 J El signo negativo del intercambio de calor indica que el calor neto es expulsado por el sistema. Si no hay cambio de fase, la temperatura del sistema disminuirá.
Procesos isobáricos y e! diagrama P-V Resulta aleccionador estudiar los cambios de energía inherentes a los procesos termodinámicos analizando un gas encerrado en un cilindro equipado con un émbolo móvil y sin fricción. Consideremos el trabajo realizado por el gas que se dilata de la figura 20.4a. El émbolo tiene un área de sección transversal A y descansa sobre una columna de gas con una presión P. El calor puede fluir hacia dentro o fuera del gas a través de las paredes del cilindro. Es posible realizar trabajo sobre el gas o que éste lo realice empujando el émbolo hacia abajo; también es posible que el gas efectúe trabajo a medida que se dilata hacia arriba. F = PA
Presión
Volumen
(a)
(b)
Figura 2 0 .4 (a) Cálculo del trabajo realizado por un gas que se dilata a presión constante, (b) El trabajo es igual al área debajo de la curva en un diagrama P-V.