La termodinámica se basa en observaciones experimentales del calor, energía interna y trabajo. Establece cuatro principios: el principio cero sobre equilibrio; el primer principio sobre la relación entre calor y trabajo; el segundo principio sobre la relación cualitativa entre calor y trabajo; y el tercer principio sobre la entropía que tiende a cero a temperatura cero. El primer principio establece que la cantidad de calor absorbida es igual a la variación de energía interna más el trabajo, y se expresa como Q=ΔU+W.

2. La termodinámica, se basa en la observación experimental de
fenómenos referentes al calor, la energía interna y el trabajo
mecánico. De dichas observaciones se desprenden 4 principios o
proposiciones ( no se demuestran).
 Principio cero: Si dos sistemas están en equilibrio con un tercero,
entonces están en equilibrio entre si.
 Primer Principio: establece una relación cuantitativa entre calor y
trabajo mecánico.
 Segundo Principio: establece una relación de carácter cualitativo
entre el calor y trabajo mecánico.
 Tercer Principio: es relativo a la función entropía. Establece que la
entropía de una sustancia tiende a cero cuando la temperatura
tiende al cero absoluto.

3. Transformación abierta: el estado inicial y final de la
transformación no coinciden.
Transformación cerrada: el estado inicial y final coinciden.
Decimos que se ha realizado un ciclo.
Transformación reversible: son aquellas que pueden
realizarse en sentido inverso pero de tal manera que al
terminar el proceso el sistema y el medio exterior deben
hallarse en el mismo estado que al principio.
Transformación irreversible: en esta transformación no se
cumple la condición de reversibilidad.

4. El primer principio puede ser enunciado de la siguiente manera: “El
calor puede ser transformado en trabajo y viceversa y existe una
relación constante entre la cantidad de calor invertida (o
desaparecida) y el trabajo producido.”
Este principio es una consecuencia del principio de conservación de la
energía a procesos que se realizan con intercambio de calor.
Aplicando el primer principio a un sistema cerrado, que solo
intercambia calor y trabajo con el medio exterior, mientras recorre un
ciclo, se observa que:
 Si el sistema recibió trabajo, suministro calor.
 Si el sistema recibió calor, suministro trabajo.
 Existe una relación constante entre las energías térmica y mecanica
intercambiadas.

5. Es decir, si al recorrer un ciclo, el sistema vuelve a su estado inicial, la cantidad de
energía que posee retorna a su valor inicial.; si esta resultara distinta, el estado
final del sistema sería distinto del inicial. En consecuencia, en una transformación
cíclica, la energía que ingresa al sistema resulta ser igual a la energía que sale del
mismo.
Como la masa del sistema es siempre la misma (sistema cerrado) las únicas formas
de energía que atraviesan sus limites son el calor y el trabajo. Entonces:
𝑄𝑖 + 𝑊𝑖 = 𝑄𝑠 + 𝑊
𝑠
Siendo:
 𝑄𝑖 → 𝑐𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑞𝑢𝑒 𝑖𝑛𝑔𝑟𝑒𝑠𝑎 𝑎𝑙 𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎.
 𝑄𝑠 → 𝑐𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑞𝑢𝑒 𝑠𝑎𝑙𝑒 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎.
 𝑊𝑖 → 𝑐𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑡𝑟𝑎𝑏𝑎𝑗𝑜 𝑞𝑢𝑒 𝑖𝑛𝑔𝑟𝑒𝑠𝑎 𝑎𝑙 𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎.
 𝑊
𝑠 → 𝑐𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑡𝑟𝑎𝑏𝑎𝑗𝑜 𝑞𝑢𝑒 𝑠𝑎𝑙𝑒 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎.

6. De lo anterior, podemos escribir:
𝑄𝑠 − 𝑄𝑖 = 𝑊
𝑠 − 𝑊𝑖
Σ𝑄 = Σ𝑊
En la experiencia de Joule (repasarla!!) el sistema del calorímetro (agua) recibe un
trabajo mecánico producido por el descenso de las pesas. Y dicho sistema recorre un
ciclo cuando el calorímetro con sus elementos vuelve al estado inicial que tenia al
comenzar la experiencia. Para ello, el sistema (agua) entrega al medio exterior el
calor almacenado por la transformación del trabajo mecánico en rozamiento contra
las paletas. Es decir, el sistema (agua) recibió trabajo y entregó calor. La relación
constante entre el trabajo que recibe el sistema y el calor que entrega al medio
exterior surge de la medición de esas dos energías y se demuestra
experimentalmente que esa relación es:
𝐽 =
𝑊
𝑄
≅ 427
𝑘𝑔𝑚
𝑘𝑐𝑎𝑙
llamado equivalente mecánico del calor.

7. Su inversa:
𝐴 =
1
𝐽
≅ 0,234 𝑘𝑐𝑎𝑙/𝑘𝑔𝑚
se llama equivalente térmico del trabajo.
Consideremos ahora, el siguiente ciclo:

8. Cuando el sistema termodinámico recorre un ciclo, recibiendo una cantidad de calor
𝑄 del medio exterior, de acuerdo al primer principio deberá suministrar un trabajo
𝑊 ya que siendo el estado inicial igual al estado final, el sistema no puede haber
mantenido (guardado) ninguna energía adicional. Esto exige que la cantidad de
calor recibida sea equivalente a la cantidad de trabajo producido por el sistema. O
sea:
𝑄 = 𝑊 𝑜 𝑄 − 𝑊 = 0
En cambio, si el sistema “retiene” energía, quiere decir que devuelve menos de la
que recibe; y viceversa, si entrega mas energía que la que recibe, pierde energía. En
ambos casos, el estado final del sistema difiere del estado inicial. Esta energía que
almacena el sistema, se denomina energía interna.
Energía Interna=
𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑝𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎𝑙 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑛𝑎
𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑐𝑖𝑛𝑒𝑡𝑖𝑐𝑎 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑛𝑎

9. La suma de las energías anteriores constituye la energía interna del sistema. La
cantidad absoluta de energía interna por lo general no interesa en los procesos
termodinámicos. Lo que se necesita es su variación ∆𝑈. Teniendo en cuenta esta
energía, el primer principio para transformaciones abiertas se puede expresar de la
siguiente manera:
𝑄 = ∆𝑈 + 𝑊
O en forma diferencial:
𝛿𝑄 = 𝑑𝑈 + 𝛿𝑊
Función Entalpía
Es una propiedad del sistema definida como la suma de la energía interna y el
producto de la presión por el volumen. Si bien ambos términos que la componen son
formas de energía, la entalpia no es una forma de energía. Su expresión en joule es:
𝐻 = 𝑈 + 𝑝. 𝑣 𝐽

11. En el esquema anterior, tenemos representada una máquina térmica generalizada.
Consideremos que es sistema (fluido que se encuentra en el interior de la máquina)
recibe calor y realiza un trabajo (rotación de un eje). Aplicando el primer principio,
debemos considerar: el calor recibido, trabajo de rotación del eje, variación de
energía interna y trabajo sobre el fluido ( trabajo de flujo). Entonces el primer
principio se puede expresar como:
𝑄 = 𝑈2 − 𝑈1 + 𝑝2. 𝑣2 − 𝑝1. 𝑣1 + 𝐿𝑒
𝑄 = (𝑈2 + 𝑝2. 𝑣2) − 𝑈1 + 𝑝1. 𝑣1 + 𝐿𝑒 = 𝐻2 − 𝐻1 + 𝐿𝑒
Caso particular: en una transformación abierta de un sistema cerrado, si la presión
se mantiene constante y sin trabajo externo (𝐿𝑒=0) se tiene:
𝑄 = ∆𝐻

12. RESUMEN
EXPRESIONES A UTILIZAR EN LA RESOLUCIÓN DE
PROBLEMAS Y UNIDADES.
Energía Interna: ∆𝑈 = 𝑚. 𝐶𝑣. ∆𝑇 ( m= masa del sistema, 𝐶𝑣= calor
específico a volumen constante, ∆𝑇 = variación de temperatura)
Entalpía: ∆𝐻 = 𝑚. 𝐶𝑝. ∆𝑇 (m= masa del sistema, 𝐶𝑝= calor específico a
presión constante, ∆𝑇 = variación de temperatura)
𝑄 = 𝑘𝐽, 𝐽, 𝑘𝑐𝑎𝑙 𝑜 𝑐𝑎𝑙 = ∆𝑈 = ∆𝐻 = 𝑊
𝐶𝑣 = 𝐶𝑝 =
𝑘𝐽
𝑘𝑔. 𝐾 𝑜
𝑗
𝑘𝑔. 𝐾 𝑜 𝐾𝑐𝑎𝑙
𝑘𝑔. ℃ 𝑜 𝑐𝑎𝑙
𝑔. ℃