Primera ley termodinamica

Primera Ley de la Termodinámica
1. Ley Cero y Escalas de T y p
Si una sustancia 1 cuya función f (p1,V1) define una temperatura T1, y que está en equilibrio térmico con una sustancia 2, tendremos: f (p1,V1) = f (p2,V2) Y si la sustancia 1 también está en equilibrio térmico con una tercera sustancia: f (p1,V1) = f (p3,V3) Entonces, se concluye que: f (p2,V2) = f (p3,V3)

Ley Cero “Si doscuerpos están en equilibrio térmico con un tercero, entonces los tres cuerpos estarán en equilibrio térmico entre sí”. Una consecuencia de la “ley cero” permite deducir que si las tres sustancias están en equilibrio térmico, se puede decir que poseen una propiedad en común. A esta propiedad o función se la denomina “temperatura”, que es una propiedad intensiva, puesto que no depende de la cantidad desustancia considerada. Por ende, la temperatura es la propiedad que se utiliza para determinar si un sistema está en equilibrio térmico con otro(s). De esta forma, es posible determinar una escala de temperatura, y uno de los grandes triunfos de la termodinámica fue la demostración que existe un cero absoluto de temperatura (ver Tercera Ley). No obstante hay que recordar que existen diferentestipos de escalas de temperatura:

Escala Kelvin de Temperatura La escala Kelvin tiene el cero absoluto 0[K] y un valor de 273.16 [K] para el punto triple del sistema H2O, en el cual coexisten en equilibrio 3 fases: hielo, agua y vapor de agua. El punto de fusión del hielo (o congelación del agua) es 273.15 [K], mientras que la temperatura de ebullición del agua (o condensación del vapor) es de373.15 [K].

GL42A, Primavera 2007, MReich

Escala Celsius de Temperatura Esta escala da un valor de 0 [ºC] para el punto de fusión de hielo (273.15[K]) y un valor de –273.15 [ºC] para el cero absoluto (0 [K]). En la escala Celsius existen 100 grados de diferencia entre los puntos de congelación y ebullición del agua a 1 [atm] de presión. Se puede establecer entonces la siguiente ecuación deconversión entre escalas: T [K] = t [ºC] + 273.15 (1)

• Es de vital importancia recordar que todas las relaciones termodinámicas utilizan la temperatura en escala Kelvin, de modo que la condición “estándar” de temperatura es 278.15 [K] (25 [ºC]).
p [atm]

100 [ºC] 1

Diagrama de Fases del H2O
hielo agua

vapor

T [K]
273.15 273.16 373.15

Escalas de Presión La presión se define comofuerza por unidad de superficie (p = F/s). La fuerza (F) se expresa en Newton (1 Newton [N] = 1 [kg.m.s-2]) , y la superficie en metros cuadrados. La unidad SI de presión es el Pascal, definido por: 1 Pascal [Pa] = 1 [N.m-2] Otras unidades: 1 bar [bar] = 105 [Pa] 1 atmósfera [atm] = 1.01325 [bar] = 760 [mmHg] = 760 [Torr] Las unidades de presión más usadas en Ciencias de la Tierra: - el giga Pascal:1[GPa] = 109 [Pa] - el kilo bar: 1 [kbar] = 1000 [bar] = 0.1 [GPa]

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2. Energía, Trabajo y Calor
El concepto de energía implica la capacidad de un cuerpo para producir trabajo. Por ejemplo, si levantamos un objeto desde el suelo y lo ponemos sobre una mesa, hemos realizado un trabajo físico y hemos consumido energía al realizarlo. La energía que hemos gastado nose ha perdido, sino que ha sido transferida al objeto, lo que se refleja en una mayor energía potencial de éste respecto de su posición anterior. De esta forma, la energía y el trabajo están íntimamente relacionadas, ya que podemos usar nuestra energía para producir trabajo, y aplicar trabajo para incrementar la energía. No obstante, la generación de trabajo no es la única manera de cambiar laenergía de un sistema y, por otro lado, un cambio de energía de un sistema no siempre se traduce en la producción de trabajo. Podemos además cambiar la energía del objeto en cuestión calentándolo o enfriándolo. De este modo, debemos considerar tanto el trabajo (en todas sus formas) como el calor, como dos formas consistentes de producir cambios energéticos. Existen diferentes maneras de producir...