Calor y trabajo TRABAJO REALIZADO POR UNA FUERZA
Calor y trabajo
TRABAJO REALIZADO POR UNA FUERZA CONSTANTE Concepto de trabajo El trabajo mecánico es el producto de la fuerza por el desplazamiento efectuado, si la fuerza y el desplazamiento tienen la misma dirección. trabajo = fuerza x desplazamiento W = F Dx cosq Solo realiza trabajo la componente de la fuerza que coincide con la dirección del desplazamiento.
TRABAJO REALIZADO POR UNA FUERZA CONSTANTE Ejemplos El trabajo es máximo y positivo si la dirección y sentido de la fuerza coinciden con los del desplazamiento. El trabajo es nulo si las direcciones del desplazamiento y de la fuerza son perpendiculares W = F Dx cos 0º = F Dx W = F Dx cos 90º= 0 El trabajo es negativo si el desplazamiento y la fuerza tienen sentido contrario. W = F Dx cos 180º = -F Dx
POTENCIA Y RENDIMIENTO Concepto de potencia La potencia representa la rapidez con la que se realiza un trabajo. P= W t Unidades: 1 vatio = 1 J/1 s Calcular la potencia desarrollada por un ascensor que transporta a 10 personas de 70 kg cada una hasta la quinta planta (3 m de altura cada piso) en 12 s. P= W F Dx mg Dx = = t t t = 700 9, 8 15 = 8 575 w 12
POTENCIA Y RENDIMIENTO Concepto de rendimiento El rendimiento de una máquina es la relación entre la potencia real y la potencia teórica de la máquina. ren dimiento = potencia real 100 potencia teórica Ejemplo: Calcular el rendimiento del siguiente sistema Energía eléctrica suministrada por segundo: 60 J Energía luminosa por segundo: 15 J Energía térmica por segundo: 45 J ren dimiento = 15 w 100 = 25 % 60 w
TRANSFERENCIA DE CALOR Calor transferido en intervalos térmicos La energía calorífica suministrada a un cuerpo depende: Del intervalo de temperatura. Q = m ∙ c ∙ (t 2 – t 1) De la cantidad de sustancia. Del tipo de sustancia: calor específico. Calor transferido en los cambios de estado La energía calorífica suministrada a un cuerpo depende: De la cantidad de sustancia. Q=m∙L Del tipo de sustancia: calor latente de cambio de estado.
TRANSFERENCIA DE CALOR Ejemplo: Calcular la energía necesaria para que un bloque de hielo de 0, 5 kg que inicialmente está a -50 ºC se convierta en vapor de agua a 100 ºC. Tramo 1. Hielo a -50 ºC a hielo a 0º C. Q 1 = m ∙ c ∙ ∆t = 0, 5 ∙ 2 100 ∙ (0 ºC– (-50 ºC) = 52 500 J Tramo 2. Hielo a 0 ºC a agua a 0º C. Q 2 = m ∙ Lf = 0, 5 ∙ 3, 35 ∙ 105 = 167 500 J Tramo 3. Agua a 0 ºC a agua a 100º C. Q 3 = m ∙ c ∙ ∆t = 0, 5 ∙ 4 180 ∙ (100 ºC– 0 ºC) = 209 000 J Tramo 4. Agua 100 ºC a vapor de agua a 100º C. Q 4 = m ∙ Lv = 0, 5 ∙ 2, 2 ∙ 106 = 1 100 000 J La energía térmica total: Qt = Q 1 + Q 2+ Q 3+ Q 4 = 1 529 000 J
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