En termodinámica, ¿cuál es la diferencia entre trabajo y calor? Estaba pensando en esto cuando estudiaba los ciclos de Carnot y los procesos adiabáticos. ¿Cómo puede un sistema trabajar de forma aislada? ¿En qué está trabajando? ¿A dónde va esa energía?

Sabemos que la energía interna , U , de un sistema depende de su estado. El calor , Q , se suministra al sistema desde los alrededores o se toma del sistema hacia los alrededores.
Del mismo modo, el trabajo , W , lo realiza un agente externo en el sistema (en el cual el sistema ganaría energía) o el sistema (en el cual el sistema perdería energía).
La energía interna del sistema se puede aumentar (+ ve cambio) o disminuir (-ve cambio) dependiendo de si hay una ganancia o pérdida neta.

Desde el principio de conservación de la energía, la 1ª Ley de la Termodinámica: dU = Q + W o explicada en palabras;
aumento de energía interna = calor suministrado al sistema + trabajo realizado en el sistema

Recuerde, la energía interna es la suma de KE aleatorio de moléculas y PE aleatorio de moléculas. Para un gas ideal, dP.E es insignificante. Por lo tanto, el cambio en la energía interna para un gas ideal se puede calcular utilizando el cambio en la energía cinética aleatoria de las moléculas (que es proporcional al cambio de temperatura).

Por lo tanto, para un gas ideal dU = energía cinética aleatoria = kdT

El trabajo realizado se puede calcular encontrando el área debajo del gráfico pV.

El trabajo es la transferencia mecánica de energía a un sistema o desde un sistema por una fuerza externa sobre él.

El calor es la transferencia no mecánica de energía del ambiente al sistema o del sistema al ambiente debido a una diferencia de temperatura entre los dos.

La conversión de energía mecánica (trabajo) en calor es muy eficiente, casi 100%. Pero la conversión de energía térmica (calor) en trabajo no es así porque el calor es una energía de bajo grado .

Un sistema aislado es aquel en el que ni la masa ni la energía pueden fluir hacia o desde el sistema a los alrededores. La energía total del sistema aislado permanecerá constante ya que no hay energía extra aportada al sistema por el trabajo realizado o el calor.

Entonces, el cambio neto en la energía interna del sistema sería cero.

Gracias 🙂

El trabajo es cualquier transferencia de energía que no lleve entropía. El calor, por otro lado, es cualquier transferencia de energía que lleva entropía (recuerde que [matemáticas] dS = \ delta Q / T [/ matemáticas]).

Por lo tanto, es conveniente escribir la primera ley de la termodinámica reconociendo que la segunda ley también existe. En términos de la primera ley, no hay ningún problema en la escritura, por ejemplo, entrada / salida de energía = cambio de energía interna. Sin embargo, sabemos que existe la segunda ley y, por lo tanto, a menudo escribimos la entrada / salida de energía en dos términos: uno que lleva entropía (a la que le damos el nombre de “calor”) y otro que no (a la que le damos nombre “trabajo”). Al hacerlo, es más fácil integrar la primera ley con la segunda.

El calor es la energía térmica asociada con las moléculas de la materia. La energía térmica en la partícula proviene de la energía interna: energía cinética interna, energía potencial interna, energía química, etc. La indicación de que el cuerpo tiene energía térmica está dada por la propiedad, la temperatura. Mayor es la temperatura, mayor es la energía cinética de las moléculas y, por lo tanto, mayor es la energía térmica.

Ahora, lo más importante es que la transferencia de calor es la energía en tránsito. No importa cuánto, un sistema tiene energía térmica, la transferencia de calor no ocurrirá a menos que entre en contacto térmico con otro cuerpo que tenga una temperatura diferente.

La transferencia de trabajo es diferente a la transferencia de calor. La transferencia de trabajo no ocurrirá hasta que un cuerpo sea desplazado por cierta distancia cuando la energía actúe sobre él. Por ej. Se dice que el desplazamiento del pistón por los gases de combustión es el trabajo realizado por los gases. Se dice que la rotación de la turbina de vapor por el vapor a alta temperatura y presión es un trabajo realizado por el vapor. TENGA EN CUENTA QUE, para el trabajo realizado, deben presentarse tanto la fuerza como el desplazamiento. Si el desplazamiento se produce sin la aplicación de fuerza, ese no es el trabajo realizado. Por ej. La expansión libre de gases no es un trabajo realizado, ya que no se aplica fuerza.

Si no recuerdo mal (y ha pasado mucho tiempo) …

El calor no es solo energía “entre dos sistemas”, es una forma de energía y puedes usar energía. Puede almacenarlo, usarlo para hacer el trabajo o disiparlo. El calor puede ser una entrada, una salida, y (con mayor frecuencia) el exceso de calor es “desperdicio” o “ineficiencia”.

En este caso, dQ está separado porque se refiere específicamente a la pérdida de calor, la energía perdida por la fricción y otras ineficiencias. En otras palabras, la energía que no se usa para hacer trabajo

Permítanme agregar otra perspectiva (no muy diferente).

La diferencia entre trabajo y calor proviene de la irreversibilidad.

Verá: el trabajo puede convertirse en calor sin pérdida, pero lo contrario no es posible sin pérdida.

Tiene que ver con la segunda ley de la termodinámica.

Respondí tu pregunta: ¿Cuál es la diferencia entre trabajo y calor?

¿De dónde viene esta irreversibilidad?

Para que el sistema funcione, debe haber un sistema externo sobre el cual actuar, y para que funcione, las dimensiones del sistema deben cambiar, pero no es necesario que cambie la temperatura. Dependiendo de la situación, el trabajo puede o no provocar un cambio de temperatura.

Se puede agregar calor al sistema sin cambios en las dimensiones del sistema, pero el calentamiento del sistema provocará cambios de temperatura. El calor transfiere energía a través de la conducción, convección de radiación. No es necesario trabajar en los casos de conducción y radiación.

Termodinámica de calor y trabajo