Mecanica

1.- OBJETIVO

2.- MARCO TEORICO
PRIMERA LEY DE TERMODINAMICA
También conocida como principio de conservación de la energía para la termodinámica , establece que si se realiza trabajo sobre un sistema o bien éste intercambia calor con otro, la energía interna del sistema cambiará.
En palabras llanas: "La energía no se crea ni se destruye: Solo se transforma".
Visto de otra forma, esta leypermite definir el calor como la energía necesaria que debe intercambiar el sistema para compensar las diferencias entre trabajo y energía interna. Fue propuesta por Nicolas Léonard Sadi Carnot en 1824, en su obra Reflexiones sobre la potencia motriz del fuego y sobre las máquinas adecuadas para desarrollar esta potencia, en la que expuso los dos primeros principios de la termodinámica. Esta obrafue incomprendida por los científicos de su época, y más tarde fue utilizada por Rudolf Clausius y Lord Kelvin para formular, de una manera matemática, las bases de la termodinámica.
La ecuación general de la conservación de la energía es la siguiente:

Que aplicada a la termodinámica teniendo en cuenta el criterio de signos termodinámico, queda de la forma:

Donde U es la energía interna delsistema (aislado), Q es la cantidad de calor aportado al sistema y W es el trabajo realizado por el sistema.
Esta última expresión es igual de frecuente encontrarla en la forma ∆U = Q + W. Ambas expresiones, aparentemente contradictorias, son correctas y su diferencia está en que se aplique el convenio de signos IUPAC o el Tradicional
TRABAJO TERMODINAMICO
La transferencia de energía internaasociada a una variación de volumen se denomina trabajo termodinámico. Una forma de trabajo muy importante es la relacionada con los cambios de volumen, expansiones o comprensiones, que tiene lugar en un sistema bajo la acción de una presión exterior.
Consideremos un sistema termodinámico simple (i.e. un sistema que solo puede intercambiar trabajo con sus alrededores solo por cambio de volumen elcual es denominado trabajo P-V), compuesto por un gas contenido en un recipiente cerrado (ej. un cilindro) por arriba mediante un tabique móvil (pistón) sin rozamiento que inicialmente ocupa un volumen . Tanto el tabique móvil como las paredes fijas son paredes adiabáticas impermeables, de modo que el gas solo puede ganar energía interna si incrementa de volumen. Sobre el pistón se aplica unafuerza externa que ejerce una presión exterior (). Si la fuerza externa ejercida sobre el pistón es más grande que la fuerza ejercida en el pistón por el sistema, el pistón se acelerará hacia abajo (disminuyendo el volumen del sistema). Por el contrario si la fuerza del exterior es más pequeña acelerará hacia arriba y el sistema realizará trabajo sobre el ambiente.

Por ejemplo, si sobre lasuperficie móvil de área colocamos un peso , la posición de equilibrio será aquella para la que la presión ejercida por el gas sobre el tabique compense la presión ejercida por el peso, es decir . Si ahora quitamos un incremento de peso infinitesimal sobre el tabique, la presión interna superara en una pequeña cantidad la y el tabique se desplazará hacia arriba una pequeña distancia para reestablecer elequilibrio de presiones el gas se habrá expansionado hasta un volumen , desplazando el pistón una distancia hacia arriba venciendo la presión exterior que es constante. En este proceso el peso habrá ganado una energía potencial y esta misma energía habrá sido perdida por el gas (ya que la energía total del gas y el peso debe conservarse) es decir:

y por tanto se realiza untrabajo:
,
de donde:

Ya que es la variación del volumen del gas. Además el signo negativo indica que ha habido un incremento del volumen lo que implica una disminución de la energía interna del gas (sistema) es decir un trabajo hecho por el sistema sobre los alrededores.
En general, si repetimos el proceso quitando sucesivamente pesos al tabique de modo que en...