Termodinamica

3.1._ Deducción de la ecuación de la primera ley en sistemas cerrados y abiertos.
Hasta el momento se han considerado por separado varias formas de energía como el calor Q, el trabajo W y la energía total E, y no se ha hecho ningún intento para relacionarlas entre si durante un proceso. La primera ley de la termodinámica, conocida también como principio de la conservación de la energía, brindauna base solida para estudiar las relaciones entre las diversas formas de interacción de energía y los efectos de la transferencia de calor. A partir de observaciones experimentales, la primera ley de la termodinámica establece que la energía no se puede crear ni destruir durante un proceso; solo puede cambiar de forma. Por lo tanto, cada cantidad de energía por pequeña que sea debe justificarsedurante un proceso.
El primer principio de la termodinámica o `primera ley de la termodinámica se postula a partir del siguiente hecho experimental:
“En un sistema cerrado adiabático (aislado) que evoluciona de un estado inicial A a otro final B, el trabajo realizado no depende ni del tipo de trabajo ni del proceso”.
Este enunciado supone formalmente definido el concepto de trabajotermodinámico, y sabido que los sistemas termodinámicos solo pueden interaccionar de tres formas diferentes (interacción masica, interacción mecánica e interacción térmica). En general, el trabajo es una magnitud física que no es una variable de estado del sistema, dado que depende del proceso seguido por dicho sistema. Esta hecho experimental, por el contrario; muestra que para los sistemas cerradosadiabáticos, el trabajo no va depender del proceso , sino de los estados inicial y final. En consecuencia, podrá ser identificado con la variación de uina nueva variable de estado de dicho sistema, definida como energía interna.
Se define entonces la energía interna, U, como una variable de estado cuya variación en un proceso adiabático es el trabajo intercambiado por el sistema con su entorno:
∆U=+WCuando el sistema cerrado evoluciona del estado inicial A al estado final B pero por un proceso no adiabático, la variación de la energía debe ser la misma, sin embargo , ahora, al trabajo intercambiado será difernte del trabajo adiabático anterior. La diferencia entre ambos trabajos debe haberse realizado por medio de interaccion térmica. Se define entonces la cantidad de energía térmicaintercambiada Q (calor) como :
Q=∆U-W
Esta definición suele identificarse con la ley de la conservación de energía y, a su vez, identifica el calor como una transferencia de energía. Es por ello que la ley de la conservación de la energía se utilice, fundamentalmente por su simplicidad, como uno de los enunciados de la primera ley de la termodinámica:
La variación de energía de un sistema termodinámicocerrado es igual a lla diferencia entre la cantidad de calor y la cantidad de trabajo intercambiados por el sistema con sus alrededores.
En su forma matemática mas sencilla se `puede escribir para cualquier sistema cerrado:
∆U=Q+W
Donde:
∆U, es la variación de la energía del sistema.
Q, es el calor intercambiado por el sistema a través de unas paredes bien definidas.
W, es el trabajointercambiado por el sistema a sus alrededores.

 
3.2._ Aplicaciones de la primera ley en sistemas cerrados.
Un sistema cerrado es uno que no tiene intercambio de masa con el resto del universo termodinámico. También es conocido como masa de control. El sistema cerrado puede tener interacciones de trabajo y calor con sus alrededores, así como puede realizar trabajos a través de su frontera. Laecuación general para un sistema cerrado (despreciando energía cinética y potencial y teniendo en cuenta el criterio de signos termodinámicos) es:
∆U=Q+W
Entalpia
En la resolución de problemas de sistemas cerrados, hay determinados productos o sumas que parecen con regularidad. Una de esas combinaciones de propiedades es la que aparece al estudiar el suministro de calor durante la...