Termodinamica

Cap. 13. Calor y la Primera Ley de la Termodinámica

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CAPITULO 13. CALOR Y LA PRIMERA LEY DE LA

TERMODINAMICA.

La termodinámica es la rama de la física que estudia los procesos donde hay

transferencia de energía en forma de calor y de trabajo. Cuando dos cuerpos a

diferentes temperaturas se ponen en contacto térmico entre sí, la temperatura

del cuerpo más cálido disminuye y la del más frío aumenta. Si permanecen en

contacto térmico durante cierto tiempo, finalmente alcanzan una temperatura

común de equilibrio, de valor comprendido entre las temperaturas iniciales. En

este proceso se produjo una transferencia de calor del cuerpo más cálido al

más frío. La pregunta que surge es ¿cuáles son las características de esa transferencia

de calor? En el próximo capítulo intentaremos dar una respuesta a esa

pregunta, ya que en este debemos aprender a conocer la capacidad de absorber

o liberar calor de los cuerpos, las diferentes formas de calor, el trabajo termodinámico,

la energía interna de los cuerpos y como se relacionan entre sí esas

variables a través de la primera ley de la termodinámica.

13.1 DEFINICIONES.

Sistema: cualquier grupo de átomos, moléculas, partículas u objetos en estudio

termodinámico. Por ejemplo el agua dentro de un envase, el cuerpo de un ser

vivo o la atmósfera. Un esquema se muestra en la figura 13.1.

Ambiente: todo lo que no pertenece al sistema, es lo que rodea al sistema, sus

alrededores. Por ejemplo el exterior al envase donde está el agua, o el espacio

que rodea a la atmósfera (puede ser todo el Universo). Entre el sistema y el

ambiente puede haber intercambio de calor y de energía y se puede realizar

trabajo (figura 13.1).

Sistema cerrado: sistema en el cual no entra ni sale masa, pero que puede intercambiar

calor y energía con el ambiente.

Sistema abierto: sistema que puede tener variación de masa, como por ejemplo

intercambio de gases o líquidos, o de alimentos en los seres vivos.

Sistema cerrado aislado: sistema en el cual no se produce ningún intercambio

de calor o energía con el ambiente a través de sus fronteras.

Cap. 13. Calor y la Primera Ley de la Termodinámica

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Figura 13.1. Esquema donde se representa un sistema termodinámico rodeado por su ambiente.

13.2 CALOR.

Se debe distinguir desde un principio claramente entre los conceptos de calor

y energía interna de un objeto. El calor, (símbolo Q), se define como la energía

cinética total de todos los átomos o moléculas de una sustancia. El concepto

de calor, se usa para describir la energía que se transfiere de un lugar a

otro, es decir flujo de calor es una transferencia de energía que se produce

únicamente como consecuencia de las diferencias de temperatura. La energía

interna, estudiaremos más en detalle en la sección 13.6, es la energía que

tiene una sustancia debido a su temperatura. La energía interna de un gas es

esencialmente su energía cinética en escala microscópica: mientras mayor sea

la temperatura del gas, mayor será su energía interna. Pero también puede

haber transferencia de energía entre dos sistemas, aún cuando no haya flujo de

calor. Por ejemplo, cuando un objeto resbala sobre una superficie hasta detenerse

por efecto de la fricción, su energía cinética se transforma en energía

interna que se reparte entre la superficie y el objeto (y aumentan su temperatura)

debido al trabajo mecánico realizado, que le agrega energía al sistema. Estos

cambios de energía interna se miden por los cambios de temperatura.

Cuando la ciencia termodinámica era bebe, digamos a principios del 1800, y

no se comprendía bien el concepto de calor, los científicos definieron el calor

en términos de los cambios en la temperatura que el calor produce en los cuerpos.

Por lo que se definió una unidad de medida del calor, llamada caloría,

símbolo cal, como la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura

de un gramo de agua en un grado Celsius desde 14.5º C a 15.5º C. La unidad

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