Ley De La Termodinámica Easy.docx

primera ley de la termodinámica Muchos motores y plantas de energía operan convirtiendo energía térmica en trabajo. La razón es que un gas al calentarse puede hacer trabajo mecánico sobre turbinas o pistones, lo que ocasiona que se muevan. La primera ley de la termodinámica aplica el principio de conservación de energía a sistemas donde la transferir de calor y hacer un trabajo son los métodos de intercambio de energía dentro y fuera del sistema. La primera ley de la termodinámica establece que el cambio en la energía interna de un sistema, ΔU es igual al calor neto que se le transfiere, Q, más el trabajo neto que se hace sobre él, W. En forma de ecuación, la primera ley de la termodinámica es. ΔU=Q+W Aquí, ΔU es el cambio en la energía interna U del sistema, Q es el calor neto que se le ha transferido (es decir, Q es la suma de todo el calor transferido por y hacia el sistema) y W es el trabajo neto realizado sobre el sistema. Así que el calor Q positivo y el trabajo W positivo inyecta energía en el sistema. La primera ley toma la forma ΔU=Q+W, por esta razón. Simplemente establece que puedes aumentar la energía interna de un sistema al calentarlo o al hacer trabajo sobre él. No hay mejor ejemplo de la primera ley de la termodinámica que el de un gas (como aire o helio) atrapado en un contenedor que cuenta con un pistón móvil (como se muestra abajo). Supondremos que el pistón se puede mover hacia arriba y hacia abajo de tal forma que comprime al gas o permite que se expanda (pero el gas no se puede salir del recipiente).

Las moléculas del gas atrapadas en el contenedor son "el sistema". Esas moléculas tienen energía cinética. Podemos pensar que la energía interna U de nuestro sistema es la suma de las energías cinéticas de cada molécula del gas. Así que si la temperatura T del gas aumenta, sus moléculas se mueven más rápido y la energía interna U del gas aumenta (los que significa que ΔU es positiva). De manera similar, si la temperatura T del gas disminuye, las moléculas van más despacio, y la energía interna U del gas disminuye (lo que significa que ΔU es negativa). Es muy importante recordar que tanto la energía interna U como la temperatura T aumentarán cuando las velocidades de las moléculas del gas se incrementen, pues en realidad son dos maneras de medir la misma cosa: cuánta energía hay en el sistema. Dado que la temperatura y la energía interna son proporcionales, T∝U, si la energía interna se duplica, también lo hace la temperatura. Similarmente, si la temperatura no cambia, tampoco la energía interna. Una manera en la que podemos incrementar la energía interna U (y por lo tanto la temperatura) del gas es transferirle calor Q. Esto lo podemos lograr si colocamos el contenedor sobre un mechero Bunsen o si lo sumergimos en agua hirviendo. El ambiente de alta temperatura transferirá calor a las paredes del contenedor y al gas por medio de conducción térmica, provocando que sus moléculas se muevan más rápido. Si entra calor al gas, Q será un número positivo. Contrariamente, podemos hacer que disminuya la energía interna del gas si le extraemos calor. Lograremos esto colocando el contenedor en un baño de hielo. Si el calor sale del

gas, Q será un número negativo. Esta convención de signos para el calor Q se representa en la imagen de abajo.

Si el pistón se mueve hacia abajo, el gas se comprime y se hace un trabajo sobre él. Las colisiones de moléculas de gas con el pistón que desciende provocarán que esas moléculas se muevan más rápido, lo que incrementa la energía interna total. Si el gas se comprime, el trabajo realizado, W {sobre el gas}, es un número positivo. En el caso contrario, si el gas se expande y empuja al pistón, el gas realiza un trabajo. Las colisiones de las moléculas del gas con el pistón que retrocede hacen que las moléculas del gas se muevan más lento, lo que disminuye la energía interna del gas. Si el gas se expande, el trabajo que se realiza, W {sobre el gas}, es un número negativo. La convención de signos para el trabajo W se representa en la imagen de abajo.