Primera Ley De La Termodinamica

LA PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA

Ahora que hemos resumido los antecedentes históricos y matemáticos, los objetivos y las limitaciones de la termodinámica química, vamos a desarrollar los postulados básicos sobre los que su marco analítico se construye. Al hablar de estos postulados fundamentales, que son descripciones concisas, esencialmente sobre la base de mucha experiencia, se hará hincapié en todo momento su aplicación a sistemas químicos, geológicos y biológicos. Sin embargo, primero debemos definir algunos de los conceptos básicos de la termodinámica.

DEFINICIONES

Los estudios críticos de los fundamentos lógicos [1] de la teoría física han puesto de relieve la atención que es necesario en la definición de conceptos fundamentales, si las contradicciones entre la teoría y la observación deben ser evitados. Nuestro objetivo final es la claridad y pre-cisión en la descripción de las operaciones involucradas en la medición o el reconocimiento de los conceptos. En primer lugar vamos a considerar un ejemplo muy simple: un círculo. En una etapa primitiva que podríamos definir un círculo por el siguiente: "El círculo es redondo." Tal definición sería adecuada para los niños en los primeros grados de escuela primaria, pero que podría dar lugar a largas discusiones y sin fruto en cuanto a si todo cerrado Las curvas son círculos. Una definición mucho más satisfactoria y refinado es "un grupo de puntos en un plano, todos los cuales son la misma distancia de un punto de referencia interior llamado centro". Esta definición se describen las operaciones que deben ser llevadas a cabo para generar una

Termodinámica Química: Conceptos básicos y métodos, séptima edición. Editado por Irving M. Klotz y

Robert M. Rosenberg

Derechos de Autor # 2008 John Wiley & Sons, Inc.

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círculo o para reconocer una. El desarrollo de la comprensión científica madura implica, en parte, el reconocimiento de que uno de los primeros "comprensión intuitiva" en el nivel primitivo a menudo no es el sonido y, a veces puede llevar a conclusiones contradictorias a partir de dos conjuntos aparentemente consistentes de los postulados y las observaciones.

El enfoque operacional de la definición de conceptos fundamentales en la ciencia tiene

ha subrayado por Mach, Poincaré y Einstein y se ha expresado en una forma muy clara por Bridgman [2]. (Las definiciones operativas se habían utilizado implícitamente mucho antes que el siglo XX. Boyle, por ejemplo, se define un elemento químico en función de los experimentos por los cuales podría ser reconocidas, a fin de evitar las discusiones estériles de sus predecesores, quienes identificaron los elementos conLas cualidades o propiedades) en este enfoque, un concepto que se define en términos de un conjunto de operaciones experimentales o mental se utilizan para medir o reconocer la cantidad: "El concepto es sinónimo del correspondiente conjunto de operaciones" (Bridgman). Una definición operativa con frecuencia puede que no nos satisface que sabemos lo que el concepto es en realidad. La cuestión de la realidad científica ha sido explorado por muchos científicos y filósofos de filosofía y es que cada estudiante debe examinar. Sin embargo, en el enfoque operativo, no se refieren a si nuestra definición nos ha dicho que el concepto es en realidad, lo que necesitamos saber es cómo medirlo. El enfoque operacional se ha dicho de manera sucinta por Poincaré en el transcurso de una discusión sobre el concepto de fuerza:

Cuando decimos que la fuerza es la causa del movimiento hablamos metafísica, y esta definición, si estábamos contentos con él, sería absolutamente estéril. Para una definición de ser de alguna utilidad, debe enseñarnos a medir la fuerza. Además de que es suficiente, no es en absoluto necesario que enseñar lo que la fuerza es en sí mismo ni si se trata de la causa o el efecto de movimiento.

El poder del enfoque operativo se convirtió sorprendentemente evidente en la teoría de Einstein de la relatividad especial, con su análisis del significado de la supuestamente absolutos, conceptos intuitivos, como el tiempo o el espacio. Newton definió como tiempo absoluto

Es verdad absoluta, y matemático, por sí misma, y de su propia naturaleza, fluye con serenidad, sin relación con nada externo.

La dificultad de una definición de este tipo, basado en las propiedades o atributos, es que no tenemos ninguna seguridad de que nada de la descripción que de hecho existe en la naturaleza. Por lo tanto, la definición de Newton del tiempo implica que sería claro y significativo para hablar de dos eventos en lugares muy distantes entre sí (por ejemplo, la quema de dos novas) que se producen al mismo tiempo, presumiblemente, cada evento tiene lugar en el mismo punto en la escala de tiempo , que fluye con serenidad sin tener en cuenta los acontecimientos externos o para las actividades de los individuos que hacen las observaciones. En contraste, en teoría de la relatividad, el tiempo está definido por una descripción de manipulaciones específicas con relojes, señales de luz, y varillas de medición. Resulta que los sucesos que son simultáneos para un observador que se producen en momentos diferentes si se considera por otro observador que se mueve a una velocidad diferente. ¿Qué observador es la correcta?En la práctica, esta cuestión es de significado menor. Ambas son correctas. De hecho, no existe un significado operativo de la simultaneidad absoluta, a pesar de su racionalidad intuitiva. Todas las operaciones por el cual se mide el tiempo son relativos. Por lo tanto, el tiempo absoluto plazo carece de sentido.

Teoría de la relatividad, con sus definiciones rigurosas de operación de tiempo y espacio, llevó a muchos resultados inesperados que son contrarias a la experiencia común. Un resultado fue que la longitud medida de un cuerpo depende de la velocidad con la que el cuerpo se mueve con respecto al observador. Estos nuevos teoremas de la teoría de la relatividad elimina las aparentes contradicciones que tenían los físicos perplejos en sus mediciones de la velocidad de la luz, y también permite la predicción de una variedad de nuevos fenómenos que ya han sido verificados en abundancia.

Así, los científicos físicos han vuelto cada vez más consciente de la necesidad de definir

conceptos en términos de operaciones en lugar de confiar en los sentimientos intuitivos de un reconocimiento a priori. Para evitar posibles dificultades en las aplicaciones termodinámicas, es deseable que todos los conceptos y la energía térmica del mismo modo que se acercó con un operativo acti-tud. El uso de las definiciones operativas es particularmente importante en una ciencia fenomenológica, como la termodinámica.

Antes de acercarse a estos conceptos termodinámicos, necesitamos ponernos de acuerdo sobre la

el significado de ciertos términos más primitivos que se producen a menudo en nuestros análisis. Vamos a suponer, sin el análisis que el cuerpo término como algo identificable, definida tiene un significado obvio. Cuando llevamos a cabo experimentos en o hacer observaciones de un cuerpo con el fin de caracterizar, se obtiene la información que nosotros llamamos las propiedades del cuerpo. Del mismo modo, vamos a hablar de las propiedades de un sistema, que es una región del universo, grande o pequeño, que está siendo considerado en nuestro análisis.Regiones fuera de los límites del sistema constituyen los alrededores. Un sistema se dice que está en un estado determinado, cuando todas sus propiedades han especificado valores. Los valores de estas propiedades se denominan variables de estado. Por lo general, sólo unas pocas características de un sistema en un estado dado se puede expresar como variables independientes. Se ha encontrado, empíricamente, que sólo dos variables intensivas necesitan ser especificado para determinar los valores de todas las demás variables intensivas y, por tanto el estado de un sistema de componentes de una. Las relaciones entre las variables dependientes de Estado y de las variables independientes de estado se especifican mediante las ecuaciones de estado. Si una o más propiedades de un sistema se encuentran a ser diferente en dos momentos distintos, a continuación, en este intervalo de tiempo, un proceso que ha tenido lugar y un cambio de estado se ha producido. También vamos a hablar de un sistema cerrado, por la que nos referimos a un sistema que la masa no entra ni sale. Obviamente, entonces, un sistema abierto es uno que la masa puede entrar o salir. Un sistema adiabático es un sistema cerrado en el que, si se encuentra en térmica equi-Librium, ningún cambio en el estado puede ser producido, excepto por el movimiento de sus límites. En esencia, el trabajo debe realizarse en un sistema adiabático, si su estado se va a cambiar, aunque sólo trabajo PV se lleva a cabo, los límites se debe mover. (Si los cuerpos con carga eléctrica están presentes en el sistema, esta definición de "adiabático" no es suficiente, pero este tipo de situaciones no serán consideradas aquí.) Este sistema también se describe como aislamiento térmico de los alrededores. Con estas nociones primitivas, se procederá a un análisis de los conceptos termodinámicos.

Temperatura

El primer concepto de temperatura, sin duda, era fisiológica, es decir, sobre la base de las sensaciones de calor y frío. Tal enfoque es necesariamente muy crudo en tanto la precisión y exactitud. Con el tiempo, la gente observó que la misma temperatura

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