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3_1ª LEY SISTEMAS CERRADOS (un resumen)

3. PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA EN SISTEMAS CERRADOS
En todo lo que sigue no hay cambios en la masa del sistema termodinámico que estamos estudiando,
o en otras palabras el número de moléculas del sistema es fijo: sistemas cerrados,
aunque naturalmente las nociones de calor, trabajo, capacidad calorífica, ... son independientes de esta
condición.En el próximo capítulo suprimiremos esta restricción.
(Todo lo que presento aquí se puede encontrar en cualquier libro de Termodinámica, química-física, …)
3.1 CALOR
Calor, Q, es una forma de transporte de energía (energía térmica) entre dos sistemas que están a distinta
temperatura, por lo tanto está asociada a un proceso. El proceso microscópico por el que ocurre esta
transferencia essimple aunque muy complejo de describir matemáticamente. El que dos sistemas tengan
distinta temperatura significa que las partículas (átomos y/o moléculas) tienen distinta energía cinética
media. En el de mayor temperatura las partículas se moverán en promedio con mayores velocidades que
en el de menor temperatura. Si se los sistemas se ponen en contacto a través de una pared lo que
ocurrirá esque las partículas que choquen con ella intercambiarán su energía de la misma forma que en
un choque elástico de dos masas con distinta energía cinética. De esta forma "poco a poco" un sistema irá
perdiendo energía cinética y el otro ganándola (conservación de la energía) o lo que es lo mismo uno irá
bajando su temperatura y el otro subiéndola hasta que estas se igualen. En este momento se hallegado
al equilibrio "térmico". Este es un equilibrio dinámico desde el punto de vista microscópico, es decir
seguirán intercambiándose energía cinética a través de la pared cada vez que lleguen partículas a ella,
pero estos cambios se compensan en promedio. En realidad el proceso es algo más complicado pero es
esencialmente el mismo: la pared tiene un papel intermediario entre los sistemasllevando energía
térmica por choques de las partículas de cada sistema con las de la pared, luego entre estas y finalmente
estas con las del otro sistema. Tal como esta definido el calor no hay duda de que para que exista debe
existir una diferencia de temperatura y por lo tanto NO tiene ningún sentido asignar calor a un estado
termodinámico de equilibrio. Una pared que impida el paso de energíatérmica es una pared aislante y
que llamaremos también pared adiabática. Un proceso donde no hay calor transferencia de energía
térmica, lo llamamos adiabático. A nivel molecular es prácticamente imposible describir con expresiones
matemáticas los detalles de la transferencia de energía térmica, sin embargo macroscópicamente acaba
siendo elemental: sólo usamos una variable, Q, para representarla cantidad de energía térmica que pasa
de un sistema a otro.
CONDUCTIVIDAD TERMICA
Aunque todos los materiales son capaces de transferir energía térmica está claro que, cuantas más
partículas participen en choques con las vecinas, mayor conductividad térmica mostrará un sistema, más
rápidamente se producirá el intercambio de energía. Así los sistemas densos, sólidos y líquidos, tendrán
mayorcapacidad de conducción del calor que los gases. Por otra parte los metales y los fluidos ionizados,
además de sus átomos ionizados, disponen de electrones aumentando el número de partículas capaces de
transferir la energía térmica (y también carga). La rigidez del sólido también favorece la conducción ya
que se transmite cualquier movimiento con mayor facilidad, el diamante es una de losmejores
conductores del calor. Los aislantes usuales son sólidos poco rígidos: blandos. La variable que caracteriza
la capacidad de conducción térmica se llama conductividad térmica κ y se define a trav és de la relación:
Flujo de calor = - κ A dT/dx

(ley de Fourier),

que relaciona el flujo de calor Q, energía térmica, por unidad de tiempo que atraviesa una superficie de
área A de un...