Leyes Termodinamicas

LEY DE LA

TERMODINAMICA

HERIBERTO LARA HERNANDEZ

"2F" T/V

TERMODINAMICA

La termodinamica puede definirse como el tema de la Física que 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. El calor es una transferencia de energía de un cuerpo a un segundo cuerpo que está a menor temperatura. O sea, el calor es muy semejante al trabajo.

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

Al hablar de termodinamica, con frecuencia se usa el término "sistema". Por sistema se entiende un objeto o conjunto de objetos que deseamos considerar. El resto, 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 sí puede entrar o salir masa. Un sistema cerrado es aislado si no pasa energía en cualquiera de sus formas por sus fronteras.

Previo a profundizar en este tema de la termodinamica, es imprescindible establecer una clara distinción entre tres conceptos básicos: temperatura, calor y energía interna. Como ejemplo ilustrativo, es conveniente recurrir a la teoría cinética de los gases, en que éstos sabemos están constituidos por numerosísimas moléculas en permanente choque entre sí.

La temperatura es una medida de la energía cinética media de las moléculas individuales. El calor es una transferencia de energía, como energía térmica, de un objeto a otro debida a una diferencia de temperatura.

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. Para mayor claridad, imaginemos dos barras calientes de un mismo material de igual masa y temperatura. Entre las dos tienen el doble de la energía interna respecto de una sola barra. Notemos que el flujo de calor entre dos objetos depende de sus temperaturas y no de cuánta energía térmica o interna tiene cada uno. El flujo de calor es siempre desde el objeto a mayor temperatura hacia el objeto a menor temperatura.

Primera Ley de la Termodinamica

Primera Ley de la Termodinámica o Ley de la Conservación de la Energía

La ley de la conservación de la energía constituye el primer principio de la termodinámica y establece que la energía no se crea, ni se destruye solo se transforma. 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.

Hay que tener en cuenta, que debido a que la energía puede cambiar de una forma a otra, una forma de energía perdida por un sistema puede haberla ganado otro en una forma diferente.

Ejemplo: En el momento que el conductor de un automóvil lo pone en marcha, implica que la energía química liberada en la combustión de la gasolina del motor se transforma en trabajo, como consecuencia de él se produce un aumento en la energía cinética del automóvil y otra parte se transfiere como calor a los diferentes componentes del motor y al aire circundante.

Determinar el valor de la energía de los alrededores siempre será una tarea complicada.

En química, generalmente se estudian los cambios asociados al sistema, que puede ser un reactor, que contenga reactivos y productos, es decir el sistema será la reacción química que se esta realizando.

Primera Ley de la Termodinámica

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

Si pensamos en la siguiente analogía, podremos comprender de manera practica, lo que implica la convención de signos. Pensemos en que nos han entregado una cantidad de soles, que guardamos en nuestro bolsillo; podemos describir este hecho como (+ soles); conforme vayamos gastando el dinero, los soles que salen del bolsillo los podemos representar como (- soles).

Si esta analogía la trasladamos a la priemra ley de la termondinamica podemos entender el diagrama que se da a continuación.

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 ( - ).

La convención de signos, son criterios pautados, estos pueden variar según los paises, la que emplearemos nosotros será la señalada.

IMPORTANTE:

⦁ el calor ( q ) y el trabajo ( w ) son cantidades algebraicas con signos asociados a ellas.

⦁ no hay calor negativo, se asigna el signo (-) cuando el sistema libera calor al entrono.

⦁ no hay w negativo, se le asgina el signo (-) cuando el sistema realiza trabajo hacia el entorno.

⦁ el ( q ) y el trabajo ( w ) NO SON FUNCIONES de ESTADO

Tanto el calor que se entrega a un sistema, como el trabajo que se efectura sobre el sistema, aumentan la Energía Interna.

En un

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