1ra Ley de Termodinámica

1ra Ley de Termodinámica

La 1ra Ley de Termodinámica simplemente afirma que la energía no puede ser creada ni destruida (conservación de la energía). Así los procesos de generación de poder y fuentes de energía realmente implican la conversión de energía de una forma a otra, en vez de la creación de la energía de la nada. Por ejemplo

Términos de sus procesos de conversión de energía

Motor de auto Químico �Cinético

Calentador / horno Químico �Calor

Hidroeléctrico Gravitacional � Eléctrico

Solar Óptico �Eléctrico

Nuclea Nuclear � Calor, Cinético, Óptico

Batería Químico � Eléctrico

Comida Químico � Calor, Cinético

Fotosíntesis Óptico �Químico

Como puede ver la conversión entre la energía química y otras formas de energía son extremadamente importantes, si es veterinario o un ingeniero mecánico. Eso es lo que nosotros enfocaremos en el resto de este capítulo.

Sistema y Alrededores

La 1ra Ley de Termodinámica nos dice que la energía no es creada ni es destruida, por lo que la energía del universo es una constante. Sin embargo, la energía sin duda puede ser transferida desde una parte del universo hacia otra. Para trabajar los problemas de la termodinámica necesitaremos aislar una cierta porción del universo (el sistema) desde el resto del universo (los alrededores).

Por ejemplo considere el ejemplo del péndulo que figura en la última sección. En la vida real hay fricción y el péndulo disminuirá su velocidad gradualmente hasta que se detenga. Podemos definir el péndulo como el sistema y todo lo demás como los alrededores.

Debido a la fricción hay una pequeña pero constante transferencia de energía calorífica desde el sistema (péndulo) hacia los alrededores (el aire y el cojinete sobre los que oscila el péndulo. Debido a la primera ley de la termodinámica la energía del sistema debe decrecer para compensar la energía perdida en forma de calor antes que el péndulo se detenga. [Recuerde que la energía total del universo se mantiene constante como es requerido por la primera ley].

Cuando es el momento de hacer las tareas, prácticas y exámenes (sin mencionar el diseño de una planta de energía o un chip de computadora) la primera ley de termodinámica será más útil si nosotros podemos expresarlas como una ecuación.

E = q + w (1ra Ley de Termodinámica)

• E � Cambio de energía interna del sistema,

• q � El calor transferido dentro/fuera del sistema,

• w � El trabajo realizado por/en el sistema.

Esta reformulación de la 1ra Ley de Termodinámica nos dice que cada vez que definimos un sistema (recuerde podemos definir el sistema de cualquier manera que nos sea conveniente) la energía del sistema se mantendrá constante a menos que haya calor añadido o quitado del sistema, o algún trabajo que se lleve a cabo.

Energía Interna

Hemos discutido el trabajo y el calor extensamente, pero pocos comentarios son de orden relativa a la energía interna. La energía interna abarca muchas cosas diferentes, incluyendo:

• La energía cinética asociada con los movimientos de los átomos.

• La energía potencial almacenada en los enlaces químicos de las moléculas.

• La energía gravitacional del sistema.

Es casi imposible resumir todas estas contribuciones para determinar la energía absoluta del sistema. Eso es por qué solamente nos preocupamos sobre E, el cambio en la energia del sistema. Esto nos ahorra a todos mucho trabajo, por ejemplo:

• Si la temperatura no cambia podemos ignorar la energia cinetica de los atomos.

• Si no lazos rotos o destruidos podemos ignorar la energia cinetica del sistema.

• Si la altura del sistema no cambia luedo podemos ignorar la energia potencial gravitacional del sistema.

Nuestra conversión para E es para restar la energia inicial del sistema desde la energia final del sistema.

E = E (final) – E (inicial) = q + w

En una reaccion la energia de los reactivos es E (inicial) y el calor de los productos es E (final).

Signo de Convencion

Cuando trabajamos con problemas numéricos nos confundiremos rápidamente si no adoptamos una convención

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