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Cap. 13. Calor y la Primera Ley de la Termodinámica

CAPITULO 13. CALOR Y LA PRIMERA LEY DE LA
TERMODINAMICA.
La termodinámica es la rama de la física que estudia los procesos donde hay
transferencia de energía en forma de calor y de trabajo. Cuando dos cuerpos a
diferentes temperaturas se ponen en contacto térmico entre sí, la temperatura
del cuerpo más cálido disminuye y la del más fríoaumenta. Si permanecen en
contacto térmico durante cierto tiempo, finalmente alcanzan una temperatura
común de equilibrio, de valor comprendido entre las temperaturas iniciales. En
este proceso se produjo una transferencia de calor del cuerpo más cálido al
más frío. La pregunta que surge es ¿cuáles son las características de esa transferencia de calor? En el próximo capítulo intentaremos daruna respuesta a esa
pregunta, ya que en este debemos aprender a conocer la capacidad de absorber
o liberar calor de los cuerpos, las diferentes formas de calor, el trabajo termodinámico, la energía interna de los cuerpos y como se relacionan entre sí esas
variables a través de la primera ley de la termodinámica.

13.1 DEFINICIONES.
Sistema: cualquier grupo de átomos, moléculas, partículas uobjetos en estudio
termodinámico. Por ejemplo el agua dentro de un envase, el cuerpo de un ser
vivo o la atmósfera. Un esquema se muestra en la figura 13.1.
Ambiente: todo lo que no pertenece al sistema, es lo que rodea al sistema, sus
alrededores. Por ejemplo el exterior al envase donde está el agua, o el espacio
que rodea a la atmósfera (puede ser todo el Universo). Entre el sistema y elambiente puede haber intercambio de calor y de energía y se puede realizar
trabajo (figura 13.1).
Sistema cerrado: sistema en el cual no entra ni sale masa, pero que puede intercambiar calor y energía con el ambiente.
Sistema abierto: sistema que puede tener variación de masa, como por ejemplo intercambio de gases o líquidos, o de alimentos en los seres vivos.
Sistema cerrado aislado: sistema enel cual no se produce ningún intercambio
de calor o energía con el ambiente a través de sus fronteras.

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Cap. 13. Calor y la Primera Ley de la Termodinámica

Ambiente
Sistema
Trabajo
Calor
Figura 13.1. Esquema donde se representa un sistema termodinámico rodeado por su ambiente.

13.2 CALOR.
Se debe distinguir desde un principio claramente entre los conceptos de calor
yenergía interna de un objeto. El calor, (símbolo Q), se define como la energía cinética total de todos los átomos o moléculas de una sustancia. El concepto de calor, se usa para describir la energía que se transfiere de un lugar a
otro, es decir flujo de calor es una transferencia de energía que se produce
únicamente como consecuencia de las diferencias de temperatura. La energía interna, estudiaremosmás en detalle en la sección 13.6, es la energía que
tiene una sustancia debido a su temperatura. La energía interna de un gas es
esencialmente su energía cinética en escala microscópica: mientras mayor sea
la temperatura del gas, mayor será su energía interna. Pero también puede
haber transferencia de energía entre dos sistemas, aún cuando no haya flujo de
calor. Por ejemplo, cuando unobjeto resbala sobre una superficie hasta detenerse por efecto de la fricción, su energía cinética se transforma en energía
interna que se reparte entre la superficie y el objeto (y aumentan su temperatura) debido al trabajo mecánico realizado, que le agrega energía al sistema. Estos cambios de energía interna se miden por los cambios de temperatura.
Cuando la ciencia termodinámica era bebe, digamosa principios del 1800, y
no se comprendía bien el concepto de calor, los científicos definieron el calor
en términos de los cambios en la temperatura que el calor produce en los cuerpos. Por lo que se definió una unidad de medida del calor, llamada caloría,
símbolo cal, como la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura
de un gramo de agua en un grado Celsius desde 14.5º C a...