PRIMERA LEY DE TERMODINAMICA

La Primera ley de la termodinmica se refiere al concepto deenerga interna,trabajoycalor. Nos dice que si sobre un sistema con una determinada energa interna, se realiza untrabajomediante unproceso, la energa interna del sistema variar. A la diferencia de la energa interna del sistema y a la cantidad de trabajo le denominamos calor. El calor es la energa transferida al sistema pormediosno mecnicos. Pensemos que nuestro sistema es un recipiente metlico conagua; podemos elevar la temperatura delaguapor friccin con una cuchara o por calentamiento directo en un mechero; en el primer caso, estamos haciendo un trabajo sobre el sistema y en el segundo le transmitimos calor.Cabe aclarar que la energa interna de un sistema,el trabajoy el calor no son ms que diferentes manifestaciones de energa. Es por eso que la energa no se crea ni se destruye, sino que, durante un proceso solamente se transforma en sus diversas manifestaciones.

La primera ley no es otra cosa que el principio de conservacin de la energa aplicado a un sistema de muchsimas partculas. A cada estado del sistema le corresponde una energa interna U. Cuando el sistema pasa del estado A al estado B, su energa interna cambia en

Supongamos que el sistema est en el estado A y realiza un trabajo W, expandindose. Dicho trabajo mecnico da lugar a un cambio (disminucin) de la energa interna de sistema

Tambin podemos cambiar el estado del sistema ponindolo en contacto trmico con otro sistema a diferente temperatura. Si fluye una cantidad de calor Q del segundo al primero, aumenta su energa interna en

Si el sistema experimenta una transformacin cclica, el cambio en la energa interna es cero, ya que se parte del estado A y se regresa al mismo estado, U=0. Sin embargo, durante el ciclo el sistema ha efectuado un trabajo, que ha de ser proporcionado por los alrededores en forma de transferencia de calor, para preservar el principio de conservacin de la energa, W=Q.

Todos estos casos, los podemos resumir en una nica ecuacin que describe la conservacin de la energa del sistema.

POSTULADOS DE LA PRIMERA LEY:Enunciada por Robert Meyer en 1841, es el principio de la conservacin de laenerga ypuede definirse as: La energa total de un sistema aislado permanececonstante, es decir, la energa no se crea ni se destruye, slo se transformade un tipo a otro. Por lo tanto, cuando desaparece una clase de energadebe producirse una cantidad equivalente de otra clase.Cualquier cambio en el estado del sistema, incluye un cambio en la energainterna (E) igual a la cantidad de calor (Q) absorbida por el sistema menos lacantidad de trabajo (W) realizado por el mismo, esto se puede escribir as:

Teniendo en cuenta, que el calor es una forma de energa, fcilmentecuantificable, la mayor parte de las investigaciones sobre las equivalencias eintercambios de energa que tienen lugar en los procesos fisicoqumicos fueron analizados con base en los cambios calorficos de un sistema termodinmico.La energa Interna (E), se define como la capacidad intrnsecade unsistema para producir trabajo, incluye todas las formas de energa y resultadel movimiento de las molculas, la atraccin intermolecular y otros factores fisicoqumicos.E es una funcin termodinmica de estado, porque depende nicamente delosestados inicial y final del sistema, esto significa que es independiente de latrayectoria de una transformacin, as el calor de combustin de la glucosa sepuede determinar por incineracin a nivel metablico.TRABAJO: El trabajo es hecho por un sistema sobre sus alrededores si el nico efecto sobre cualquier cosa externa al sistema es la elevacin de su peso.Trabajo: transferencia de energa En forma ordenada y/o macroscpicaTrabajo en los procesos termodinmicos: Para un gas contenido en un envase cilndrico ajustado con un mbolo mvil, como se muestra en la figura 13.4, si el gas est en equilibrio trmico ocupa un volumen V y produce una presin constante P sobre las paredes del cilindro y sobre el mbolo, de rea A. La fuerza ejercida por la presin del gas sobre el mbolo es F = PA. Si el gas se expande desde el volumen V hasta el volumen V+dV lo suficientemente lento, el sistema permanecer en equilibrio termodinmico. Por efecto de la expansin, el mbolo de desplazar verticalmente hacia arriba una distancia dy, y el trabajo realizado por el gas sobre el mbolo, ser:

Como Ady es el aumento de volumen dV del gas, se puede escribir el trabajo realizado como:

Si el gas se expande, entonces dV es positivo y el trabajo realizado por el gas es positivo, por el contrario, si el gas se comprime, dV es negativo y el trabajo realizado por el gas es negativo, en este caso se interpreta como el trabajo realizado sobre el sistema. Si no cambia el volumen, no se realiza trabajo.

Para obtener el trabajo total realizado por el gas cuando la variacin de presin hace cambiar el volumen desde un valor Vi hasta un valor Vf, se debe integrar la ecuacin anterior, de la forma:

Para evaluar esta integral, se debe saber cmo vara la presin durante el proceso.

CASOS:

CALOR: Se debe distinguir desde un principio claramente entre los conceptos de calor y energa interna de un objeto. El calor, (smbolo Q), se define como la energa cintica total de todos los tomos o molculas de una sustancia. El concepto de calor, se usa para describir la energa que se transfiere de un lugar a otro, es decir flujo de calor es una transferencia de energa que se produce nicamente como consecuencia de las diferencias de temperatura.Calor: transferencia de energa en forma microscpica y desordenada.

CALCULO DE CALOR: