Leyes De La Termodinamica

Introducción

La termodinámica es la parte de la física que estudia los estados de los sistemas de los sistemas materiales macroscópicos y los cambios que pueden darse entre esos estados, en particular, en lo que se respecta a temperatura, calor y energía. También estudia los procesos en los que se transfiere energía como calor y como trabajo, sabemos que se efectúa trabajo cuando la energía se transfiere de un cuerpo a otro por medios mecánicos. Para eso debemos de saber algunos conceptos importantes en la termodinámica.

El calor es una transferencia debido a una diferencia de temperatura, mientras que el trabajo es una transferencia de energía que no se debe a una diferencia de temperatura.

La temperatura es una medida de la energía cinética media de las moléculas individuales.

La energía interna (o térmica) es la energía total de todas las moléculas del objeto, o sea incluye energía cinética de traslación, rotación y vibración de las moléculas, energía potencial en moléculas y energía potencial entre moléculas.

Cuando hablamos de termodinámica se usa el término de sistema. Por sistema se entiende un objeto o conjunto de objetos que deseamos considerar. Lo demás en el universo que no pertenece al sistema se conoce como su ambiente. Se consideran varios tipos de sistemas. En un sistema cerrado no entra ni sale masa, contrariamente a los sistemas abiertos donde si puede entrar o salir masa. Un sistema cerrado es aislado sino pasa energía en cualquiera de sus formas por sus fronteras.

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Primera Ley De La Termodinámica o Ley de Conservación de la Energía.

La primera ley de la termodinámica establece que la energía no se crea, ni se destruye, sino que se conserva. Entonces esta ley expresa que, cuando un sistema es sometido a un ciclo termodinámico, el calor cedido por el sistema será igual al trabajo recibido por el mismo, y viceversa. Como consecuencia de ello, un aumento del contenido de energía de un sistema, requiere de una correspondiente disminución en el contenido de energía de algún otro sistema.

Dentro de la termodinámica, una consecuencia de la ley de la conservación de la energía es la llamada Primera Ley de la Termodinámica, la cual establece que la variación de la Energía interna de un sistema es igual a la suma de la energía transferida en forma de calor y la energía transferida en forma de trabajo

q = energía transferida en forma de calor

w= energía transferida en forma de trabajo.

Podemos concluir que la variación de energía interna de un sistema, es igual a la suma del intercambio de calor entre el sistema y los alrededores y el trabajo realizado por (o sobre) el sistema.

Para seguir adelante con la primera Ley de la Termodinámica debemos familiarizarnos con la Convención de Signos.

El calor que ingresa a un sistema y el trabajo realizado sobre el sistema, tendrán signo (+); mientras que el calor liberado por el sistema, o el trabajo realizado por el sistema sobre el entorno, tendrá signo (-).

Eint = Q - W

Cambio en la energía interna en el sistema = Calor agregado (Q) - Trabajo efectuado por el sistema (W)

Notar que el signo menos en el lado derecho de la ecuación se debe justamente a que W se define como el trabajo efectuado por el sistema.

La primera ley de la termodinámica es entonces la ley de conservación de la energía, que asegura que la energía no se crea, ni se destruye, sino que se conserva.

Aplicabilidad En Un Sistema

En este caso, el sistema podría ser el agua contenida en un recipiente, y el medio ambiente todo lo que rodea el recipiente, que serían desde la cocina en donde descansa el recipiente con agua hasta el quemador que le suministra calor, en fin, la atmósfera y todo lo que esté fuera del recipiente. Supongamos que encima de este recipiente colocamos una tapa, únicamente usando su peso. Supongamos además que al recipiente se le suministra calor del quemador de la cocina que lo contiene. A medida que el agua empieza a hervir, la tapa empieza a moverse cada vez más rápidamente.

El movimiento de la tapa es entonces el desplazamiento que representa el trabajo realizado por el sistema sobre el medio ambiente. Cuando el agua está hirviendo, hace que la tapa del recipiente realice el trabajo. Pero esto lo hace a costa del movimiento molecular, lo que significa que no todo el calor suministrado va a transformarse en trabajo, sino que parte se convierte en incremento de la energía interna, la cual obedece a la energía cinética de traslación, vibración y potencial molecular.

Por lo que la fórmula anterior que mencionamos también tendría que incluir a la energía interna. La primera ley expresa que el calor, suministrado por el medio ambiente (el

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