Primera ley de la termodinámica

1.4) Primera ley de la termodinámica

Definición de termodinámica: la termodinámica es una ciencia que describe sistemas con tal numero de partículas que es imposible solo usar la mecánica clásica para estudiarlos. Por ello generalmente se utilizan otras variables macroscopicas como la presión y temperatura para describir sistemas termodinámicos.

Primera ley de la termodinámica:describe la relación entre el trabajo, el calor y la energía interna de un sistema. Esta ley es otro planteamiento de la conservación de la energía en términos de variables termodinámicas. Esta relaciona el cambio de energía interna (ΔU) de un sistema con el trabajo (W) efectuado por ese sistema y la energía calorífica (Q) transferida a ese sistema o desde el.

Dependiendo de las condiciones, la transferencia de calor Q puede generar un cambio en la energía interna del sistema, ΔU.

Sin embargo debido a la transferencia de calor el sistema podría entregar trabajo sobre el entorno. Así el calor transferido a un sistema puede ir a dar a dos lugares: a un cambio en la energía interna del sistema o a trabajo efectuado por el sistema o a ambos.

El principio de conservación de la energía dice lo siguiente:

[pic 1]

La energía es una propiedad que posee un valor que no cambia a menos que cambie el sistema por lo general el valor de la energía es cero en este caso el sistema es estacionario y la ecuacion anterior se puede escribir de la siguiente manera:

[pic 2]

En forma de razones dicha ecuación se expresa de la siguiente manera:

[pic 3]

En síntesis la primera ley de la termodinámica ns dice que la energía no se puede destruir ni crear solo se puede transformar por ello la primera ley de la termodinámica suele escribirse de la siguiente manera:

[pic 4]

Las relaciones de energía interna de cualquier proceso termodinámico son descritas en términos de la cantidad de calor Q agregada al sistema y el trabajo W  realizado por el. Tanto Q como W o ΔU pueden ser negativos, positivos o cero. Para dichas cantidades físicas se tiene:

• Un valor positivo de Q representa flujo de calor positivo hacia el sistema con un suministro de energía correspondiente . Un Q negativo representa flujo de calor hacia afuera del sistema.
• Un valor positivo de W representa trabajo realizado por el sistema contra el entorno, como el de un gas en expansión y por lo tanto corresponde a la energía que sale del sistema. Un W negativo como el realizado durante la compresión de un gas cuando el entorno realiza trabajo sobre el gas, representa energía que entra en el sistema.
• Q y W no solo dependen de los estados inicial y final sino también de los estados intermedios, es decir de la trayectoria mientras ΔU dependen solo de los estados inicial y final.

Régimen permanente o estacionario.

En los sistemas abiertos las propiedades cambian a lo largo del recorrido(volumen de control).

Un flujo en régimen permanente o estacionario mantiene el valor de las propiedades constantes en cualquier punto aunque cambie de un punto a otro. Este sistema es independiente del tiempo.

Relación de calores específicos.

Si la sustancia de trabajo se considera un gas ideal la definición de entalpia es:

[pic 5]

diferenciando la ecuación anterior se tiene:

[pic 6][pic 7]

sustituyendo los calores específicos a volumen y presión constante

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