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PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA

La Termodinámica es la rama de la Física que estudia a nivel macroscópico las
transformaciones de la energía, y cómo esta energía puede convertirse en trabajo
(movimiento). Históricamente, la Termodinámica nació en el siglo XIX de la necesidad de
mejorar el rendimiento de las primeras máquinas térmicas fabricadas por el hombre durante
la Revolución Industrial.
LaTermodinámica clásica (que es la que se tratará en estas páginas) se desarrolló antes de
que la estructura atómica fuera descubierta (a finales del siglo XIX), por lo que los
resultados que arroja y los principios que trata son independientes de la estructura
atómica y molecular de la materia.
El punto de partida de la mayor parte de consideraciones termodinámicas son las
llamadas leyes oprincipios de la Termodinámica. En términos sencillos, estas leyes
definen cómo tienen lugar las transformaciones de energía. Con el tiempo, han llegado a ser
de las leyes más importantes de la ciencia.
Antes de entrar en el estudio de los principios de la termodinámica, es necesario introducir
algunas nociones preliminares, como qué es un sistema termodinámico, cómo se describe,
qué tipo detransformaciones puede experimentar, etc. Estos conceptos están resumidos en
el siguiente cuadro:
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Termodinámica conceptos básicos
EL SISTEMA TERMODINÁMICO
Un sistema termodinámico (también denominado sustancia de trabajo) se define como la
parte del universo objeto de estudio. Un sistema termodinámico puede ser una célula, una
persona, el vapor de una máquina de vapor, la mezcla de gasolina y aire enun motor
térmico, la atmósfera terrestre, etc.
El sistema termodinámico puede estar separado del resto del universo (denominado
alrededores del sistema) por paredes reales o imaginarias. En este último caso, el sistema
objeto de estudio sería, por ejemplo, una parte de un sistema más grande. Las paredes que
separan un sistema de sus alrededores pueden ser aislantes (llamadas paredesadiabáticas)
o permitir el flujo de calor (diatérmicas).
Los sistemas termodinámicos pueden ser aislados, cerrados o abiertos.
 Sistema aislado: es aquél que no intercambia ni materia ni energía con los
alrededores.
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Sistema cerrado: es aquél que intercambia energía (calor y trabajo) pero no materia
con los alrededores (su masa permanece constante).
 Sistema abierto: es aquél que intercambia energía ymateria con los alrededores.
En la siguiente figura se han representado los distintos tipos de sistemas termodinámicos.

Figura 1: Tipos de sistemas
A lo largo de estas páginas trataremos los sistemas cerrados.
Cuando un sistema está aislado y se le deja evolucionar un tiempo suficiente, se observa
que las variables termodinámicas que describen su estado no varían. La temperatura en
todos lospuntos del sistema es la misma, así como la presión. En esta situación se dice que
el sistema está en equilibrio termodinámico.
Equilibrio termodinámico
En Termodinámica se dice que un sistema se encuentra en equilibrio termodinámico
cuando las variables intensivas que describen su estado no varían a lo largo del tiempo.
Cuando un sistema no está aislado, el equilibrio termodinámico se define enrelación con
los alrededores del sistema. Para que un sistema esté en equilibrio, los valores de las
variables que describen su estado deben tomar el mismo valor para el sistema y para sus
alrededores. Cuando un sistema cerrado está en equilibrio, debe estar simultáneamente
en equilibrio térmico y mecánico.
 Equilibrio térmico: la temperatura del sistema es la misma que la de los
alrededores.
Equilibrio mecánico: la presión del sistema es la misma que la de los alrededores.
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Sistema termodinámico
VARIABLES TERMODINÁMICAS
Las variables termodinámicas o variables de estado son las magnitudes que se emplean
para describir el estado de un sistema termodinámico. Dependiendo de la naturaleza del
sistema termodinámico objeto de estudio, pueden elegirse distintos conjuntos de variables...