PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA

PROCESOS TERMODINAMICOS

Consideremos un gas en un cilindro con un pistón y una masa variable encima del pistón.  Está en contacto con una reserva termal que se usa para controlar la temperatura.

Ø  Se puede variar la presión del gas variando la masa porque la fuerza que está haciendo el gas es igual al peso que está sosteniendo y la presión es la fuerza dividida por el área.

Ø  Se puede variar el volumen del gas al permitir que el pistón se mueva.  Durante el movimiento el gas hace trabajo positivo si el pistón sube y trabajo negativo si el pistón baja.

Ø  La reserva le provee o absorbe calor del sistema.

El trabajo W es el área bajo la curva en una grafica P vs V

Para dos procesos que van desde el mismo estado inicial al mismo estado final, el trabajo puede ser diferente.

PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA

La primera ley de la termodinámica es una generalización de la ley de conservación de la energía que incluye los posibles cambios en la energía interna.

La energía se puede intercambiar entre un sistema y sus alrededores de dos formas. Una es realizando trabajo por o sobre el sistema, considerando la medición de las variables macroscópicas tales como presión, volumen y temperatura. La otra forma es por transferencia de calor, la que se realiza a escala microscópica.

Aunque por separados Q y W dependen de la trayectoria, la cantidad Q – W permanece constante, esto es, el cambio de energía interna es independiente de la trayectoria o del proceso que se realice para ir desde el estado inicial al estado final. Por esta razón se considera a la energía interna como una función de estado, que se mide en J

En forma diferencial

dU = dQ - dW

En escala microscópica, la energía interna de un sistema incluye la energía cinética y potencial de las moléculas que constituyen el sistema. Para un gas, el aumento de energía interna se asocia con el aumento de energía cinética de las moléculas, es decir con su temperatura.

Casos particulares.

Sistema aislado.

Para un sistema aislado, que no interactúa con los alrededores, no hay transferencia de calor, Q = 0, el trabajo realizado también es cero y por lo tanto no hay cambio de energía interna, esto es, la energía interna de un sistema aislado permanece constante:

Q = W = 0, ΔU = 0 y Uf = Ui

Proceso cíclico.

Es un proceso que empieza y termina en el mismo estado. En este caso el cambio de energía interna es cero y el calor agregado al sistema debe ser igual al trabajo realizado durante el ciclo, entonces:

ΔU = 0 y Q = W