Trabajo y Calor
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- Comparar y contrastar el trabajo y el calor
En física, el trabajo se define como movimiento a cierta distancia contra una fuerza opuesta. (Una fuerza es una aceleración multiplicada por una masa.) Por ejemplo, levantar un objeto contra la fuerza de la gravedad. La cantidad de trabajo es la fuerza opuesta multiplicada por la distancia que movió el objeto. La cantidad de trabajo realizado al levantar un objeto es la fuerza de gravedad (la masa del objeto multiplicada por la aceleración de la gravedad) multiplicada por la altura que lo levantaste. Hay muchas otras formas en que los sistemas pueden funcionar: un resorte estirado puede expandirse y levantar un peso, una batería o gas quemado puede conducir un motor y mover un automóvil cuesta arriba o hacia adelante contra la fricción y el viento.
En química, el trabajo a menudo se define en términos de un cambio en el volumen frente a una presión. (La presión es fuerza dividida por área, así que convencerse de que P x V tiene las mismas unidades que F x d.) Por ejemplo, la presión atmosférica es constante a ~1 atm. Si tienes una muestra de gas a mayor presión, y dejas que llegue al equilibrio mecánico con la atmósfera, se expandirá a algún volumen nuevo. El trabajo que realiza expandiéndose contra la presión atmosférica es (1 atm) (ΔV), donde ΔV es (volumen final - volumen inicial). En general, el trabajo realizado por gases en expansión se denomina trabajo pV, y es
\[w=\int{pdV}\]
Para nuestros propósitos, no estaremos tratando con integrales, por lo que no calcularemos el trabajo de esta manera a menos que la presión sea constante, en cuyo caso podemos usar la ecuación más simple
\[w=-P\Delta V\]
donde P es la presión constante y ΔV es el cambio de volumen del sistema. El signo negativo da cuenta de que si el sistema está comprimido, ΔV es negativo, y se trabajó con el sistema, por lo que w es positivo.
Hay varias definiciones diferentes de calor. Por ejemplo, podemos calentar agua para hacer té, o disfrutar del calor cuando entramos en una habitación cálida en invierno. En la termodinámica el significado del calor es más preciso: es un proceso, una forma en que la energía puede moverse. El calor es energía que se mueve de un objeto caliente a un objeto frío. Cuando el calor sale del sistema, tiene un signo negativo, y cuando ingresa al sistema, tiene un signo positivo.
El calor y el trabajo son las formas en que la energía puede moverse entre los objetos. Cuando piensas en las moléculas, la diferencia entre trabajo y calor es muy simple. El trabajo implica un movimiento ordenado de moléculas, como todas las moléculas de un objeto que se mueven en la misma dirección. El calor implica movimientos desordenados o aleatorios de las moléculas.
Enlaces externos
Colaboradores y Atribuciones
Emily V Eames (City College of San Francisco)