Page 426 - Física Tippens: Conceptos y Aplicaciones, Séptima Edición Revisada

20.4 Procesos ¡sobáricos y el diagrama P-V 407

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)
Ai/ = AQ — A.W = 500 J - 200 J o A t / = + 3 0 0 J
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 A W 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 = (-400 J) + (240 J)
= -400 J + 240 J = -160 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 termodinámi-
cos 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 20.4 (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.