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6.5: Cuantificando el Trabajo
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TRANSCRIPCIÓN

6.5: Cuantificando el Trabajo

A medida que un sistema sufre un cambio, su energía interna puede cambiar, y la energía puede transferirse del sistema al entorno, o del entorno al sistema. 

La transferencia de energía se produce a través del calor y el trabajo. La relación entre la energía interna, el calor y el trabajo se representa mediante la ecuación:

Eq1

Mientras que el calor es una función de un cambio de temperatura observado, el trabajo es una función de un cambio de volumen observado llamado el trabajo de presión-volumen. El trabajo (w) puede definirse como una fuerza (F) que actúa a través de una distancia (D).

Eq1

El trabajo de presión-volumen (o trabajo de expansión) se produce cuando un sistema empuja el entorno contra una presión de restricción o cuando el entorno comprime el sistema. Un ejemplo de esto ocurre durante el funcionamiento de un motor de combustión interna. La reacción de combustión de la gasolina y el oxígeno es exotérmica. Parte de esta energía se emite como calor, y parte se realiza como trabajo expandiendo los gases en el cilindro, empujando el pistón hacia fuera. Las sustancias implicadas en la reacción son el sistema y el motor y el resto del universo son los alrededores. El sistema pierde energía tanto al calentar como al realizar trabajo en el entorno, y su energía interna disminuye.

Cuando el volumen de un cilindro aumenta (es decir, el gas se expande), empuja contra una fuerza externa, que es la presión definida como fuerza por unidad de área.

Eq1

A partir de las ecuaciones 2 y 3:

Eq1

El producto de área y distancia (A × D) es igual al cambio en el volumen (ΔV) del gas en el cilindro.

Por lo tanto,

Eq1

Dado que el volumen aumenta durante la expansión, Vfinal > Vinicial y ΔV es positivo. Sin embargo, para una expansión positiva (es decir, cuando el sistema realiza trabajo en el entorno), w debe ser negativo y, por lo tanto, se añade un signo negativo a la ecuación. 

Eq1

Según esta ecuación, el trabajo de presión-volumen es el negativo de la presión externa (o presión opuesta) multiplicada por el cambio en el volumen. 

Basado en esta ecuación, la unidad de trabajo es L·atm. Otros factores de conversión útiles son: 

Eq1

Eq1

Este texto ha sido adaptado de Openstax, Química 2e, Sección 5.3: Entalpía.


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Work Force Distance Golf Club Ball Energy Transfer System Surroundings Chemical Reactions Physical Changes Pressure-volume Work Combustion Engine Cylinder Gas Volume Piston External Forces Pressure Area Height Difference

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