Primera ley de la termodinamica

LA PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA

Esta Se basa en el principio de conservación de la energía, en términos generales afirma:









Primera ley para un sistema que sigue un ciclo

Para cualquier ciclo que siga un sistema , la primera ley establece :


| |
|(Q ( (W |

Para ilustrar esta afirmaciónconsidérese:


SISTEMA : GAS
EL CICLO ENCIERRA DOS PROCESOS:

Primer proceso : Trabajo efectuado por las paletas cuando el peso baja (se genera calor en el gas )

Segundo proceso : Transmisión de calor efectuado por el sistema (para que el sistema vuelva a su estado inicial y de este modo complete el ciclo)

Procedimiento: Efectuar varias mediciones de trabajo y calor durante el ciclo ,para una variedad de sistemas . Cuando se comparen las cantidades de trabajo y calor , se encontrará que siempre son proporcionales.
Observaciones como esta han conducido al enunciado de la primera ley de la termodinámica







Donde J es el factor de proporcionalidad (factor de conversión entre las unidades de calor y trabajo) experimentalmente se encontró que :

J = 427 (Kgfm/Kcal) ; J = 4,18 (Kj/Kcal) ; J = 778 (Lbf pie/BTU)


PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA PARA UN SISTEMA CON CAMBIO DE ESTADO (Proceso)













Se analizará el ciclo primeramente a través de los procesos A y B ; aplíquese la primera ley para un ciclo:

[pic] δQ = [pic]δW

Es evidente que Q y W deben expresarse en las mismas unidades (en situaciones normalesdebe de considerarse el factor J )


2A 1B 2A 1B
∫ δQ + ∫ δQ = ∫ δW + ∫ δW Camino A - B (1)
1A 2B 1A 2B

2A 1C 2A 1C
∫ δQ + ∫ δQ = ∫ δW + ∫ δW Camino A - C (2)
1A 2C 1A2C


Restando 1 y 2

1B 1C 1B 1C
∫ δQ - ∫ δQ = ∫ δW - ∫ δW
2B 2C 2C 2C

1C !B
∫ (δQ - δW) = ∫ ( δQ - δW)
2C 2B

B y C procesos arbitrarios entre los estados 1 y 2 ,por lo tanto: (δQ - δW) es la misma para todos los procesosentre los estados 1 y , luego (δQ - δW) depende de los estados inicial y final , no de la trayectoria seguida por los procesos , luego es una función de punto δQ - δW (diferencial exacta ). Se concluye que esta función es una propiedad del sistema y que se llamará ENERGIA . Luego:

|δQ - δW = dE | | δQ = dE + δW|



Integrando entre los estados 1 y 2

1 Q 2 = E2 - E1 + 1 W 2

1 Q 2 - 1 W 2 = E2 - E1 = ∆E

donde :
1 Q 2 : Calor Transmitido al sistema durante el proceso 1-2

1 W 2 : Trabajo efectuado por el sistema durante el proceso 1 –2

E1 ; E2 : Valores de la energía al inicio y final del proceso

Significado físico de E

Representa toda laenergía del sistema en el estado dado, que puede ser:

Energía cinética del sistema Ec
Energía Potencial del sistema Ep

Energía asociada al movimiento y posición de las moléculas
Energía asociada con la estructura del átomo
Energía Eléctrica ,Energía Química , etc
Por conveniencia en Termodinámica , se considera:

E = U + Ec + Ep
Donde
U : energía interna yrepresenta todas las otras formas de energía diferentes a la cinética y potencial.

Ec y Ep están asociadas con el sistema coordenado que se seleccione; como todas son propiedades termodinámicas , entonces:

dE = dU + dEc + dEp


La primera ley para un sistema que sufre un proceso será:


| δQ - δW = dU + dEc + dEp |...