La conducción del calor no se considera una forma de trabajo, ya que no existe una fuerza macroscópica medible, sino sólo fuerzas microscópicas que se producen en las colisiones atómicas.
Este extracto es de una selección de Wikipedia de 2007, y tenía curiosidad por saber por qué la distinción entre fuerzas microscópicas y fuerzas macroscópicas hace que algo no se considere una forma de trabajo.
El trabajo es, por definición, la cantidad que aparece en el Teorema Trabajo-Energía: $\Delta W=\int\vec{F}\cdot d\vec{x}$ . En el caso de un sistema de fluidos, en el que la fuerza se describe mediante una presión (fuerza por unidad de superficie en una superficie límite), esto puede reexpresarse como $\Delta W=-\int p\,dV$ (por el trabajo realizado en el fluido). Todo esto está definido a nivel de la mecánica clásica; aún no ha entrado nada de la termodinámica. Además, el trabajo se expresa íntegramente en términos de variables macroscópicas -la presión y el volumen del fluido en su conjunto- y no de variables microscópicas de posición y momento que describen la ubicación de las moléculas constituyentes del fluido.
La Primera Ley de la Termodinámica establece que existe otro modo de transferencia de energía para los sistemas macroscópicos, distinto del trabajo. Se trata del calor, y la transferencia de energía a un sistema es $\Delta U=\Delta W+\Delta Q$ La transferencia de calor no implica un cambio en la posición macroscópica del fluido, por lo que no se considera trabajo sobre el fluido macroscópico.
Piensa en lo que ocurre cuando las moléculas de un recipiente se exponen a una fuente de energía térmica. Supongamos que la superficie del recipiente se calienta a una temperatura superior a la del propio fluido. ¿Cómo se transfiere esa energía térmica contenida en las paredes a las moléculas del fluido en movimiento? Una secuencia típica de acontecimientos podría ser la siguiente:
A nivel microscópico, se realiza trabajo sobre la molécula, por la vibración térmica de la superficie. Y, de hecho, en una descripción completamente microscópica de la energía, no existe el calor; la energía cinética sólo se transfiere a las partículas a través de una fuerza que realiza trabajo. Sin embargo, a nivel macroscópico, no vemos que la superficie del recipiente se mueva, por lo que la transferencia de energía no se cuenta como trabajo, sino como calor.
*El uso del $\Delta$ la notación aquí es estándar, como señalé anteriormente en otra respuesta :
El uso de un $\Delta$ en una expresión como $\Delta Q$ ou $\Delta W$ no indica que $\Delta W$ es la diferencia entre dos valores de $W$ lo que sería imposible, ya que W no es una función de estado. En su lugar, $\Delta W$ es sólo definido como una integral de $\not dW$ . Otra notación similar que se utiliza con frecuencia en ingeniería es $\dot{Q}$ es decir, la transferencia de calor por unidad de tiempo, aunque no sea la derivada temporal de nada.
Otra forma de llegar a la misma conclusión como otros han hecho de diversas maneras. En (mecánica clásica) trabajo es algo que resultará en cambio de la energía cinética de su objetivo. (A implica B.) Por tanto, lógicamente, si no se observa tal cambio de energía cinética, tampoco hubo trabajo. (No B implica no A.)
En el caso de un átomo que choca con otro, se produce claramente un cambio de energías mediado por la fuerza. Pero si observamos un objeto entero que se calienta, sólo la energía cinética media de las partículas que lo componen ha cambiado; el sistema en sí no ha cambiado en absoluto su estado de movimiento (su centro de masa habrá conservado el movimiento anterior) y la energía cinética de todo el sistema es la misma que antes. ... por tanto, no puede haber habido trabajo.
¿Por qué la conducción del calor no se considera una forma de trabajo?
En el sentido de que, en promedio, las moléculas del objeto de mayor temperatura realizan trabajo mediante colisiones sobre las moléculas del objeto de menor temperatura, transfiriendo así KE molecular del objeto de mayor temperatura al de menor temperatura, la conducción del calor implica trabajo neto a nivel molecular.
Sin embargo, esta transferencia media de energía mediante trabajo molecular se debe, en primer lugar, a que el KE medio de las moléculas de un objeto es mayor que el KE medio del otro, es decir, se debe a la diferencia de temperatura entre los objetos. En otras palabras consecuencia de la diferencia de temperatura que el trabajo molecular neto es realizado por un objeto sobre el otro por conducción.
Si los dos objetos tuvieran la misma temperatura, seguiría habiendo trabajo molecular realizado por moléculas de KE superior a la media de un objeto sobre moléculas de KE inferior a la media del otro, y viceversa, pero no habría trabajo molecular neto realizado por un objeto sobre el otro.
Espero que esto ayude.
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