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Capitulo 2 Cengel Resumen


Enviado por   •  11 de Marzo de 2013  •  4.875 Palabras (20 Páginas)  •  4.543 Visitas

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“Energía, Transferencia de energía y análisis general de energía”

2.1 Introducción:

El principio de la conservación de energía es expresado en la primera ley de la termodinámica, la energía no se crea ni se destruye, sólo cambia de una forma a otra. En realidad lo que se entiende por “conservación de energía” es la conservación de la calidad no de la cantidad.

2.2 Formas de energía

La energía puede existir en varias formas: térmica, mecánica, cinética, potencial, eléctrica, magnética, química y nuclear, cuya suma conforma la energía total E de un sistema:

(KJ/kg)

La termodinámica trata con el cambio de esta. El cambio de la energía total de un sistema es independiente del punto de referencia seleccionado.

En el análisis termodinámico, es útil considerar dos grupos que conforman la energía total de un sistema: macroscópicas y microscópicas. Las formas macroscópicas de energía son las que posee un sistema como un todo en una relación con cierto marco de referencia exterior como la las energías cinética y potencial. Las formas microscópicas de energía son las que se relacionan con la estructura molecular de un sistema y el grado de la actividad molecular, y son independientes de los marcos de referencia externos. La suma de todos las formas microscópicas de energía se denominan energía interna de un sistema y se denota mediante U.

En 1807 Thomas Young acuñó el término energía y en 1852 lord Kelvin propuso su uso para termodinámica. El concepto de energía interna y su símbolo U apareció con Rudolph Clausius y William Rankine, sustituyendo a los términos trabajo interior, trabajo interno y energía intrínseca.

La energía macroscópica de un sistema se relaciona con el movimiento y la influencia de algunos factores externos como la gravedad, el magnetismo, la electricidad y la tensión superficial. La energía que posee un sistema como resultado de su movimiento en relación con cierto marco de referencia se llama energía cinética (EC).

La energía cinética de un cuerpo sólido que gira se determina mediante , donde I es el momento de inercia y ω es la velocidad angular.

La energía que posee un sistema como resultado de su incremento de altura en un campo gravitacional se llama energía potencial (EP):

donde g es la aceleración gravitacional y z es la altura del centro de gravedad de un sistema con respecto a algún nivel de referencia elegido arbitrariamente.

Los efectos magnético, eléctrico y de tensión superficial son significativos en casos especiales y en general se ignoran. Entonces la energía se expresa:

Los sistemas cerrados cuya velocidad y altura del centro de gravedad permanecen constantes durante un proceso generalmente se denominan sistemas estacionarios.

Los volúmenes de control en general están relacionados con el flujo de un fluido durante largos periodos, y es conveniente expresar en forma de tasa el flujo de energía asociado al flujo de un fluido. Esto se consigue al incorporar el flujo másico , que es la cantidad de masa que fluye por una sección transversal por unidad de tiempo; y se relaciona con el flujo volumétrico , definido como el volumen de un fluido que fluye por una sección transversal por unidad de tiempo

que es análogo a , donde ρ es la densidad del fluido, el área de sección transversal de flujo y es la velocidad media del flujo normal a . Entonces, el flujo de energía asociado con un fluido que fluye a una tasa de es

Algunas consideraciones físicas de la energía interna

La energía interna se define como la suma de todas Algunas consideraciones físicas de la energía interna

La energía interna se define como la suma de todas las formas microscópicas de energía de un sistema. Se relaciona con la estructura molecular y el grado de actividad molecular y se puede considerar como la suma de las energías cinética y potencial de las moléculas.

Los sistemas se examinan a nivel molecular. Las moléculas de gas se mueven en el espacio con cierta velocidad; por lo tanto, poseen algo de energía cinética. Esto se le conoce como energía de traslación. Los átomos de las moléculas poliatómicas rotan respecto a un eje y la energía relacionada con esta rotación es la energía cinética de rotación. Los átomos de este tipo podrían vibrar respecto a su centro de masa, entonces la energía de este movimiento sería la energía cinética vibratoria. Para los gases, la energía cinética se debe sobre todo a los movimientos de traslación y rotación a altas temperaturas. Los electrones en un átomo giran en torno a un núcleo y poseen energía cinética rotacional. Los electrones de órbitas exteriores tienen energías cinéticas más grandes, la energía relacionada con este movimiento es la energía de giro (espín). Las otras partículas que están ubicadas en el núcleo de un átomo también poseen energía de giro. La porción de la energía interna de un sistema relacionada con la energía cinética de las moléculas se llama energía sensible (o energía cinética de las moléculas). La velocidad promedio y el grado de actividad de las moléculas son proporcionales a la temperatura del gas, por lo que a temperaturas mayores las moléculas poseen energías cinéticas superiores y, como consecuencia, el sistema tiene una energía interna más alta.

La energía interna también esta relacionada con diversas fuerzas de enlace entre las moléculas de una sustancia. Las fuerzas que unen a las moléculas entre sí son más intensas en los sólidos que en los gases. Si se agrega suficiente energía a las moléculas, éstas vencen las fuerzas moleculares y se separan; éste es un proceso de cambio de fase. La energía interna relacionada con la fase de un sistema se llama energía latente.

Un átomo en su núcleo tiene neutrones y protones con carga positiva enlazados entre sí mediante intensas fuerzas, además de electrones cargados negativamente orbitando a su alrededor. La energía interna relacionada con los enlaces atómicos en una molécula se llama energía química.

Las fuerzas nucleares son mucho mayores que las que unen a los electrones con el

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