Primera Ley De La Termodinámica

1. Ley Cero y Escalas de T y p

Si una sustancia 1 cuya función f (p 1 ,V 1 ) define una temperatura T 1 , y que está

en equilibrio térmico con una sustancia 2, tendremos:

f (p 1 ,V 1 ) = f (p 2 ,V 2 )

Y si la sustancia 1 también está en equilibrio térmico con una tercera

sustancia:

f (p 1 ,V 1 ) = f (p 3 ,V 3 )

Entonces, se concluye que:

f (p 2 ,V 2 ) = f (p 3 ,V 3 )

Ley Cero “Si dos cuerpos están en equilibrio térmico con un tercero, entonces

los tres cuerpos estarán en equilibrio térmico entre sí”.

Una consecuencia de la “ley cero” permite deducir que si las tres

sustancias están en equilibrio térmico, se puede decir que poseen una

propiedad en común. A esta propiedad o función se la denomina “temperatura”,

que es una propiedad intensiva, puesto que no depende de la cantidad de

sustancia considerada. Por ende, la temperatura es la propiedad que se utiliza

para determinar si un sistema está en equilibrio térmico con otro(s). De esta

forma, es posible determinar una escala de temperatura, y uno de los grandes

triunfos de la termodinámica fue la demostración que existe un cero absoluto

de temperatura (ver Tercera Ley). No obstante hay que recordar que existen

diferentes tipos de escalas de temperatura:

Escala Kelvin de Temperatura

La escala Kelvin tiene el cero absoluto 0[K] y un valor de 273.16 [K] para

el punto triple del sistema H 2 O, en el cual coexisten en equilibrio 3 fases: hielo,

agua y vapor de agua. El punto de fusión del hielo (o congelación del agua) es

273.15 [K], mientras que la temperatura de ebullición del agua (o condensación

del vapor) es de 373.15 [K].

GL42A, Primavera 2007, MReich

Escala Celsius de Temperatura

Esta escala da un valor de 0 [ºC] para el punto de fusión de hielo

(273.15[K]) y un valor de –273.15 [ºC] para el cero absoluto (0 [K]). En la escala

Celsius existen 100 grados de diferencia entre los puntos de congelación y

ebullición del agua a 1 [atm] de presión. Se puede establecer entonces la

siguiente ecuación de conversión entre escalas:

T [K] = t [ºC] + 273.15 (1)

• Es de vital importancia recordar que todas las relaciones termodinámicas

utilizan la temperatura en escala Kelvin, de modo que la condición “estándar”

de temperatura es 278.15 [K] (25 [ºC]).

p [atm]

100 [ºC]

1

Diagrama de Fases del H 2 O

hielo agua

vapor

T [K]

273.15 273.16 373.15

Escalas de Presión

La presión se define como fuerza por unidad de superficie (p = F/s). La

fuerza (F) se expresa en Newton (1 Newton [N] = 1 [kg.m.s -2 ]) , y la superficie

en metros cuadrados. La unidad SI de presión es el Pascal, definido por:

1 Pascal [Pa] = 1 [N.m -2 ]

Otras unidades:

1 bar [bar] = 10 5 [Pa]

1 atmósfera [atm] = 1.01325 [bar] = 760 [mmHg] = 760 [Torr]

Las unidades de presión más usadas en Ciencias de la Tierra:

- el giga Pascal: 1[GPa] = 10 9 [Pa]

- el kilo bar: 1 [kbar] = 1000 [bar] = 0.1 [GPa] GL42A, Primavera 2007, MReich

2. Energía, Trabajo y Calor

El concepto de energía implica la capacidad de un cuerpo para producir

trabajo. Por ejemplo, si levantamos un objeto desde el suelo y lo ponemos

sobre una mesa, hemos realizado un trabajo físico y hemos consumido energía

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