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CAPITULO 2. Intercambios de Energía Entre Sistemas
2.1 Primera ley de la Termodinámica
Energía Interna de un Sistema
La energía interna de un sistema es la suma de todos los tipos de energía almacenada en sus átomos y
moléculas (cinéticas de rotación y traslación, de vibración y potenciales de todo tipo: gravitatoria, electrostática, magnetostática, nuclear). Por regla general enTermodinámica no interesa conocer el valor absoluto E de la energía, sino sólo sus variaciones ∆E. Por consiguiente, siempre es posible tomar un valor
arbitrario de la energía como referencia y referir cualquier variación a ese valor.
Primera ley
La primera ley de la Termodinámica se relaciona con la imposibilidad de construir el llamado "móvil perpetuo de primera especie". Tal móvil consistiría en unamáquina capaz de utilizar parte del trabajo producido para mantener su propio movimiento, creando así una fuente ilimitada de energía. Los intentos de
construir tal máquina a lo largo de muchos años fueron infructuosos y condujeron directamente al concepto de energía y su relación con el calor y el trabajo.
La primera ley, como cualquier otra de las restantes leyes de la física, es un resultado de laevidencia
experimental, generalizada a todo el universo conocido.
Es la evidencia experimental quien enseña que, siempre que aparece una determinada cantidad de
energía en algún sistema, es a costa de la desaparición de una cantidad similar en algún otro u otros.
Intercambios de energía

Q

Interesa analizar los intercambios de energía en un determinado sistema
tal como el sistema Arepresentado en la figura. Si E es la energía del
sistema considerado y E’ la energía del otro sistema A’ que interacciona
con A, en cualquier proceso se debe cumplir que:

A

A'

∆E + ∆E’ = 0 .
Se analizó anteriormente que la transferencia de energía entre ambos sistemas puede ocurrir de dos
formas; como calor o cómo trabajo. Si el sistema A gana energía a costa de A' en forma de calor,
Q= ∆E

;

Si el intercambio es en forma de trabajo, entonces

- Q = ∆E’.
W = ∆E ;

- W = ∆E'.

Finalmente, si hay transferencia simultánea en forma de trabajo y de calor, entonces
Q + W = ∆E .
Note que si el sistema A recibe calor y también recibe trabajo, Q > 0 y W > 0. Sin embargo, por razones
históricas se acostumbra en la práctica considerar que el trabajo es negativo cuando elsistema recibe
energía en forma de trabajo. Sustituyendo entonces el signo de W en la expresión anterior, se obtiene
finalmente
Q = ∆E + W

Dr. A. González Arias. Dpto. Física Aplicada, Fac. de Física, UH.

Parte II, Cap. 2, 1
pag.

Según este convenio, Q y W son positivos cuando el sistema absorbe calor y entrega trabajo. (En realidad,
lo que se hace es sustituir el trabajo realizadopor las fuerzas del medio ambiente por el realizado por las fuerzas
equilibrantes del sistema analizado, que siempre tendrá signo contrario al trabajo del medio ambiente).

La imposibilidad de construir el móvil perpetuo de primera especie está implícita en la primera ley: si Q =
0 y ∆E = 0 entonces W = 0; y no es posible que un sistema realice trabajo neto sin absorber calor o reducir suenergía interna.
En el Cap. 1 se analizó que el calor puede transferirse de tres formas: por conducción, (sólidos) por convección (líquidos y gases) y por radiación electromagnética. En realidad, la radiación electromagnética
requiere de un análisis particular. La luz del sol incidiendo sobre una superficie incrementa su temperatura; entonces, la correspondiente transferencia de energía del sol a lasuperficie pudiera considerarse
como calor. Sin embargo, la luz también posee cantidad de movimiento y es posible lograr que la presión de la luz haga mover mecanismos sencillos (por tanto, habría que considerar esta transferencia
como trabajo).
La dualidad se resuelve si consideramos a la radiación electromagnética como un sistema con características
muy particulares (sólo existe en...