Teoría Primer Principio de la Termodinámica

Primer Principio de la Termodinámica

 

La Termodinámica es la rama de la física que describe los estados de equilibrio a nivel macroscópico; se estudia en procesos en los que hay transferencia en forma de calor y trabajo.

 

Los estados de equilibrio son estudiados y definidos por medio de magnitudes extensivas tales como la energía interna, la entropía, el volumen o la composición molar del sistema, o por medio de magnitudes no-extensivas derivadas de las anteriores como la temperatura, presión y el potencial químico; otras magnitudes tales como la imanación, la fuerza electromotriz y las asociadas con la mecánica de los medios continuos en general también pueden ser tratadas por medio de la termodinámica.

Un sistema es cualquier objeto o conjunto de objetos que deseemos considerar. El resto del universo, todo lo que no pertenece al sistema, se conoce como su “ambiente”. Hay varios tipos de sistemas:

  • Cerrado: no entra ni sale masa, aunque la energía puede intercambiarse con el ambiente.
  • Abierto: puede entrar o salir masa.
  • Aislado: no pasa energía en cualquiera de sus formas a través de sus fronteras.

 

Primer Principio de la termodinámica o también conocido como principio de conservación de la energía para la termodinámica establece que si se realiza trabajo sobre un sistema o bien éste intercambia calor con otro, la energía interna del sistema cambiará. Visto de otra forma, esta ley permite definir el calor como la energía necesaria que debe intercambiar el sistema para compensar las diferencias entre trabajo y energía interna.

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Que aplicada a la termodinámica queda de la forma:

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Donde U es la energía interna del sistema (aislado), Q es la cantidad de calor aportado al sistema y W es el trabajo realizado por el sistema.

 

Hay varios tipos de procesos en función de la magnitud que permanece constante, los cuales se pueden clasificar en:

  • Isotérmico: la temperatura es la que permanece constante, por lo que:
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  • Adiabático: es aquel que no permita que fluya el calor, ni hacia el sistema ni desde él, por lo que:
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  • Isobárico: es aquel en el que la presión se mantiene constante, por lo que:
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  • Isocórico o isovolumétrico: es aquel que en el que el volumen permanece constante, por lo que:
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  • Isoentrópico: es aquel en el que la entropía permanece constante.

 

 

FORMULARIO RESUMEN:

 

Para evitar confusiones se establece un criterio de signos:

  • Calor: absorbido positivo y desprendido negativo.
  • Trabajo: Realizado por el sistema positivo y el realizado por el sistema negativo, aunque la IUPAC lo establece de manera opuesta.

Primer principio de la termodinámica

(ΔU = variación de energía interna ; Q = calor ; W = trabajo mecánico)

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Equivalencia Calor-Trabajo

(J = 4,1855 J/cal ; A = 0,2389 cal/J)

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Ecuación fundamental de la Calorimetría

(Q = Calor desprendido o absorbido ; m = masa ; c = calor específico ; Δt = variación de temperatura)

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Relación de Mayer

(Cp = calor del gas a presión constante ; Cv = calor del gas a volumen constante ; R = 8,3144 J/K·mol = 1,986 cal/K·mol)

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Equilibrio térmico

(c = calor del sólido ; m1 = masa de agua ; m2 = masa del sólido ; mc = equivalente en agua del calorímetro ; t1 = temperatura inicial del agua ; t2 = temperatura inicial del sólido ; t = temperatura de equilibrio)

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Relación entre las escalas Termométricas

(C = temperatura en grados centígrados ; F = temperatura en grados Fahrenheit ; T = temperatura en grados Kelvin)

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