TERMODINAMICA_1_PPIO

CAPITULO II
LA ENERGÍA INTERNA Y EL PRIMER PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA


2.1 ENERGÍA INTERNA

Consideremos un sistema macroscópico, es decir un conjunto cualquiera de cuerpos.
A escala atómica, este sistema está compuesto de partículas que están dotadas de energía cinética y además, en general, de una energía potencial mutua que representa la interacción de estas partículas entre si. Estaenergía asociada a la mecánica interna de un sistema a escala microscópica se llama energía interna.
Por ejemplo, en el caso particular de un gas ideal monoatómico, la estructura interna de las moléculas no juega ningún rol, y estas moléculas sin interacción no tienen energía potencial mutua. La energía interna U se reduce a la energía cinética de translación de las moléculas:
;
vi designa lavelocidad de la i-ésima molécula y la sumatoria se efectúa sobre todas las moléculas.
Como toda energía mecánica, la energía interna queda definida a menos de una constante aditiva. Si se quiere, se puede dar una definición absoluta de energía interna gracias a la fórmula de Einstein. Si M es la masa del sistema, supuesta en reposo a escala macroscópica, la energía interna es simplemente Mc2. Estadefinición absoluta no jugará ningún rol en los fenómenos termodinámicos usuales.
La energía interna U de un sistema en equilibrio es una constante que es función del estado macroscópico del sistema. Decimos que U es una función de estado. Para un fluido, el estado macroscópico está definido por dos de las tres variables p,V,T. Entonces U puede ser considerada como una función de dos variableselegidas independientemente. Recíprocamente, es posible y frecuentemente cómodo tomar como variables independientes U y V.
La energía interna de un sistema varía mientras el sistema intercambia energía con el exterior. Llamamos calor la energía intercambiada por la interacción desordenada de las moléculas del sistema con las moléculas del medio externo. Llamamos trabajo la energía intercambiada por laacción de fuerzas exteriores ordenadas, de escala macroscópica; por ejemplo, la energía es intercambiada bajo la forma de trabajo cuando varía el volumen del sistema.
La energía interna, el trabajo y el calor son energías, por lo que es natural expresarlas con la misma unidad, que es el Joule en el sistema MKSA.

2.2 TRANSFORMACIONES REVERSIBLES E IRREVERSIBLES.

En lo que sigue de este curso,será importante distinguir entre las transformaciones reversibles e irreversibles.
Al estado de equilibrio de un sistema le corresponden valores bien definidos de ciertos parámetros macroscópicos tales como volumen, presión, temperatura, energía interna, etc. Por el contrario cuando el sistema está fuera del equilibrio, estos parámetros frecuentemente no están bien definidos: la presión o latemperatura, por ejemplo, pueden diferir de punto en punto, y no tienen entonces un valor único bien determinado. Los sistemas en equilibrio son, en consecuencia, particularmente simples de describir.
Cuando el estado de un sistema cambia, se dice que sufre una transformación. Por ejemplo, se puede modificar el volumen de un recipiente que contiene el sistema, darle calor, etc. En general, estasoperaciones perturban el estado del sistema que pasará a estar, al menos temporariamente, fuera de equilibrio.
Sin embargo, bajo ciertas condiciones especiales, se puede transformar el sistema de manera que se encuentre en cada instante en un estado muy próximo al estado de equilibrio. Si se tiene que variar el volumen de un sistema habrá que hacerlo muy lentamente para evitar crear corrientes demateria, inhomogeneidades de presión, etc. Si se debe variar la temperatura, habrá que hacerlo poniendo el sistema en contacto con un medio de temperatura muy poco diferente de la del sistema. Este medio donde el calor es cedido o absorbido se denomina fuente de calor.
Para una transformación de este tipo, es suficiente con cambiar muy poco los parámetros exteriores para que el sentido de la...