PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA

PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA

Comencemos con una propiedad de llamada Energía. El término energía tiene diversas acepciones y definiciones, relacionadas con la idea de una capacidad para realizar trabajo, transformar, poner en movimiento.

Todos los cuerpos, pueden poseer energía debido a su movimiento, a su composición química, a su posición, a su temperatura, a su masa y a algunas otras propiedades. 

El uso de la magnitud energía en términos prácticos se justifica porque es mucho más fácil trabajar con magnitudes escalares, como lo es la energía, que con magnitudes vectoriales como la velocidad y la posición. Así, se puede describir completamente la dinámica de un sistema en función de las energías cinética, potencial y de otros tipos de sus componentes.

En la práctica, en las situaciones no-relativistas, se tiende, en primera aproximación (normalmente muy buena), a descomponer la energía total en una suma de términos que se llaman las diferentes formas de la energía.

La energía potencial y la energía cinética son dos elementos a considerar, tanto en la mecánica como en la termodinámica. Estas formas de energía se originan por la posición y el movimiento de un sistema en conjunto, y se conocen como la energía externa del sistema. Sin duda, un tema muy importante en la termodinámica es analizar la energía interior de la materia, energía asociada con el estado interno de un sistema que se llama energía interna. Cuando se especifica un número suficiente de coordenadas termodinámicas, como por ejemplo, temperatura y presión, se determina el estado interno de un sistema y se fija su energía interna

Con base en la observación se llega a las siguientes aseveraciones

1. Existe para cada sistema una propiedad llamada energía . La energía del sistema se puede considerar como la suma de la energía interna , de energía cinética , de energía potencial , y de energía química .

a). Así como la Ley de Cero definió la propiedad `` temperatura'' la Primera Ley define la propiedad llamada ``energía''.

b). En termodinámica, comparado con lo que comúnmente se discute en los curso de física o dinámica, se utilizan los términos energía interna y la energía química para describir el sistema en estudio. Cabe señalar que este curso deja de lado la energía química pero no descuidaremos la energía interna. En la figura () se muestra el movimiento aleatorio o desorganizado de las moléculas de un sistema. Puesto que el movimiento molecular es sobre todo una función de la temperatura, la energía interna es a veces llamada energía térmica.

Figure 12: Incremento de la energía interna como consecuencia de la trasnferencia de calor.

La energía interna por unidad de masa , es una función del estado del sistema. Así

		(22)

Recordemos que para sustancias puras el estado entero del sistema está especificado si se consideran dos propiedades.

2. El cambio en energía de un sistema es igual a la diferencia entre el calor agregado al sistema y el trabajo hecho por el sistema,

(las unidades son Joules,    )

(23)

donde es la energía del sistema, es el calor suministrado al sistema, y es el trabajo hecho por el sistema, recordemos que

(24)

a). Al igula que la Ley Cero, La primera Ley describe el comportamiento de esta nueva propiedad, la energía [5].

b). La ecuación (23) también se puede escribir con base en unidad por masa, tal que

(25)

c). En muchas situaciones la energía potencial, la energía cinética, y la energía química del sistema son constantes, entonces

(26)

y por tanto podemos escribir

		(27)

d). Se observa que y no son funciones de estado, sólo , que es consecuencia del movimiento molecular y que depende del estado del sistema. La energía interna no depende de la ruta o trayectoria que siguió el sistema entre el estado inicial y el estado final. Se debe tener en mente que es independiente de la ruta o trayectoria mientras que y no los son.

Esta diferencia se enfatiza matemáticamente escribiendo

		(28)

donde el símbolo se utiliza para denotar que estos son diferenciales inexactas pues dependen de la trayectoria. Para la diferencial esta representa un cambio infinitesimal en el valor de y la integración da una diferencia entre dos valores tal que

(29)

mientras que denota una cantidad infinitesimal y la integración da una cantidad finita tal que

(30)

y

(31)

5. En la convención de signos

se define como positivo si se transfiere hacia el sistema, si el calor se transfiere del sistema hacia los alrededores es negativa

se define como positivo si el trabajo es hecho por el sistema, mientras que si el trabajo se hace sobre el sistema ( desde el medio hacia el sistema) se define como negativo.

6. En los procesos cuasi-estáticos podemos substituir

7. La Primera Ley de la Termodinámica impide la existencia de movimientos perpetuos de primera especie, es decir, aquellos que se alimentan de la energía que ellos mismos producen, sin necesidad de ningún aporte exterior.

La Primera Ley de la Termodinámica identifica el calor como una forma de energía. Esta idea, que hoy nos parece elemental, tardó mucho en abrirse camino y no fue formulada hasta la década de 1840, gracias a las investigaciones de Mayer y de Joule principalmente. Anteriormente, se pensaba que el calor era una sustancia indestructible y sin peso (el calórico) que no tenía nada que ver con la energía. 

BibliiO :)

http://www.cie.unam.mx/~ojs/pub/Termodinamica/node22.html