La primera ley de la termodinámica establece que la energía no se crea ni se destruye, solo se transforma. Expresa que el cambio en la energía interna de un sistema es igual a la cantidad de calor transferido más el trabajo realizado sobre el sistema. Se utiliza para relacionar calor, trabajo y energía en procesos termodinámicos.
3. ¿Qué es la
Termodinámica?
Una rama muy interesante de la física es la termodinámica,
La Termodinámica es la parte de la Física que estudia los
procesos macroscópicos y Microscópicos relacionados con
el intercambio de calor. Sistemas físicos, formados por
muchas partículas, se describen mediante las denominadas
variables de estado (presión, volumen, temperatura y
composición), que en sistemas en equilibrio se relacionan
entre sí
4. PRIMERA LEY DE LA
TERMODINÁMICA
◇ Fue propuesta por Nicolás
Leonard Sadi Carnot en
1824 y más tarde fue
utilizada por Rudolf
Clausius y Lord Kelvin
para formular, de una
manera matemática, las
bases de la
termodinámica.
◇ La ley de la conservación
de la energía constituye el
primer principio de la
termodinámica y establece
que la energía no se crea,
ni se destruye solo se
transforma.
◇ También conocida como
principio de conservación
de la energía establece
que, si se realiza trabajo
sobre un sistema o bien
éste intercambia calor con
otro, la energía interna del
sistema cambiará. Esta
ley permite definir el calor
como la energía necesaria
que debe intercambiar el
sistema para compensar
las diferencias entre
trabajo y energía interna
1
5. Ejemplo : Cuando un motor quema combustible, convierte la
energía almacenada en los enlaces químicos del combustible
en trabajo mecánico útil y en calor.
Los diferentes tipos de combustible tienen diferentes
cantidades de energía, pero en cualquier galón o litro de
combustible existe una cantidad fija de energía. El principio de
conservación de la energía definido por la primera ley de la
termodinámica dice que cuando toda la energía del
combustible se libera al quemarse en los cilindros del motor,
no desaparece.
6. SISTEMA
TERMODINÁMICO
◇ (también denominado sustancia de trabajo) se define como la parte del
universo objeto de estudio. Un sistema termodinámico puede ser una
célula, una persona, el vapor de una máquina de vapor, la mezcla de
gasolina y aire en un motor térmico, la atmósfera terrestre, etc.
◇ puede estar separado del resto del universo (denominado alrededores
del sistema) por paredes reales o imaginarias. En este último caso, el
sistema objeto de estudio sería, por ejemplo, una parte de un sistema
más grande. Las paredes que separan un sistema de sus alrededores
pueden ser aislantes (llamadas paredes adiabáticas) o permitir el flujo de
calor (diatérmicas).
7. Los sistemas termodinámicos se clasifican según el grado de
aislamiento que presentan con su entorno. Aplicando este
criterio pueden darse tres clases de sistemas:
◇ Sistema aislado:
Es aquel que no
intercambia ni
materia ni energía
con su entorno, es
decir se encuentra
en equilibrio
termodinámico.
◇ Sistema cerrado:
Es el que puede
intercambiar energía,
pero no materia con el
exterior. Multitud de
sistemas se pueden
englobar en esta clase.
Una lata de sardinas
también podría estar
incluida en esta
clasificación.
◇ Sistema abierto:
En esta clase se incluyen la
mayoría de sistemas que
pueden observarse en la vida
cotidiana.
Por ejemplo, un vehículo
motorizado es un sistema
abierto, ya que intercambia
materia con el exterior cuando
es cargado, o su conductor se
introduce en su interior para
conducirlo
8. PROPIEDADES DE UN SISTEMA
Se dice que un sistema está en equilibrio termodinámico si es incapaz de experimentar
espontáneamente algún cambio de estado o proceso termodinámico cuando está
sometido a unas determinadas condiciones de contorno. El valor de estas magnitudes
determina el estado del sistema. Si cambia una propiedad, el estado del sistema
cambia. Las propiedades o variables de un sistema pueden ser:
◇ Extensivas: Su valor depende del tamaño o masa del sistema. (masa, volumen,
energía)
◇ Intensivas: Su valor no depende del tamaño o masa del sistema. (presión,
temperatura, densidad)
9. La primera ley de la termodinámica es otra manera de
afirmar que la energía no se crea ni se destruye, sino que
se transforma de un tipo a otro. Al hacerlo se habrá
producido calor y trabajo, que pueden ser aprovechados.
¿Cómo se puede explicar esto? Por ejemplo, un bloque de
mantequilla inicialmente frío y compacto, luego de ser
batido y con el calor generado por el trabajo, tendrá una
mayor energía interna que cuando la mantequilla estaba
en bloque y fría.
10. ¿Por qué se produce esto? Debido a la transferencia de energía
por el trabajo de batirla y el calor generado. La mantequilla batida,
por lo tanto, no creó energía, sino que tuvo que recibir la energía
del entorno. Esto significa que la diferencia entre la energía final y
la energía inicial de la mantequilla es igual a la suma del trabajo y
del calor que recibió la misma.
De esta forma la primera ley de la termodinámica relaciona calor,
trabajo y energía:
• En un sistema que recibe calor y trabajo, su energía interna
aumenta.
• En un sistema que transfiere calor y/o trabajo, disminuye su
energía interna.
• En un sistema aislado, donde no hay intercambio de energía o
materia, el cambio de energía interna es igual a cero.
12. El cambio o la variación en la energía interna de un sistema
puede calcularse por la cantidad de calor y/o trabajo que
transfiere o recibe el sistema:
En esta expresión:
• ΔU es el cambio en la energía del sistema dado por:
ΔU = Energía final – Energía inicial = Uf – Uo
• Q es la cantidad de calor .
• W es la cantidad de trabajo.
Esta ley fue formulada por Rudolf Clausius (1822-1888) en 1850.
13. (23) EJERCICIO DE PRIMERA LEY
DE LA TERMODINÁMICA Y
PROCESOS TERMODINÁMICOS 1 -
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(69) primera ley de la termodinamica
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14. 1- A la primera ley de la termodinámica también se la conoce
como:
A) El principio de la conservación de la energía.
B) El principio de conservación de la entropía.
C) El principio de conservación de un sistema.
2- Como se denomina un sistema térmico
dinámico:
A) Sustancia química
B) Sustancia de vapor
C) Sustancia de trabajo
3- Los sistemas termodinámicos se
clasifican en:
A) Sistema abierto, Sistema cerrado, Sistema
aislado.
B) Sistema cerrado, Sistema aislado, Sistema
homogéneo.
C) Sistema aislado, Sistema cerrado, Sistema
heterogéneos.
4- Como se representa en forma
matemática la primera ley de la
termodinámica
A) ΔU = Q / W
B) ΔU = Q + W
C) ΔU = Q * W
