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Leyes de la
termodinámica

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2. Leyes de la termodinámica

Competencias específicas y actividades de aprendizaje de la unidad.
Competencia específica a desarrollar.
• Analizar, aplicar y evaluar, las leyes que rigen la termodinámica y la
transferencia con su entorno.
Actividades de Aprendizaje
• Definir las formas de energía (potencial, cinética, interna, calor ytrabajo).
• Definir los tipos de trabajo (de flujo, de expansión y compresión).
• Definir entalpia.

• Analizar la ecuación derivada de la primera ley de la termodinámica,
aplicada a un sistema con flujo estacionario.
• Analizar la ecuación derivada de la primera ley de la termodinámica,
aplicada a un sistema sin flujo.
• Investigar la ley cero de la termodinámica y ejemplificarla por medio
de unintercambiador de calor (ejemplo: radiador de automóvil).
• Explicar la ley cero de la termodinámica.

• Analizar los enunciados de la segunda ley (Kelvin-Planck y Clauisus),
relacionándolos con las máquinas térmicas, refrigerador y bomba de
calor.
• Parafrasear los enunciados de las leyes primera y segunda, comparándolos en términos de delimitar su ámbito de aplicación.
• Análisis ycomprensión de las leyes de los gases.

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Fundamentos de Termodinámica

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2. Leyes de la termodinámica

2.1

Primera ley de la termodinámica

Trabajo
Trabajo mecánico
En mecánica clásica, el trabajo que realiza una fuerza se define como el producto de ésta por el camino que recorre su punto de aplicación y por el coseno del
ángulo que forman la una con el otro.El trabajo es una magnitud física escalar
que se representa con la letra W (del inglés Work) y se expresa en unidades de
energía. Matemáticamente:
W = F s cos α.
Donde W es el trabajo mecánico, F es la magnitud de la fuerza, s es la magnitud
del desplazamiento y α es el ángulo que forman entre sí la fuerza y el desplazamiento. Cuando una fuerza es perpendicular al desplazamiento del cuerposobre
el que se aplica, dicha fuerza no realiza trabajo alguno.
Si la partícula P recorre una cierta trayectoria en el espacio, su desplazamiento
total entre dos posiciones A y B puede considerarse como el resultado de sumar
infinitos desplazamientos elementales dr y el trabajo total realizado por la fuerza
F en ese desplazamiento será la suma de todos esos trabajos elementales; o sea
B

WAB=
A

F · dr

Trabajo de expansión y compresión
En termodinámica el trabajo que se realiza cuando un gas se expande o se
comprime ejerciendo una presión desde un volumen A hasta otro volumen B viene
dado por
B

WAB = −

p dV

(2.1)

A

El trabajo es, en general, dependiente de la trayectoria y, por lo tanto, no
constituye una variable de estado. La unidad básica de trabajo enel S.I. es
newton×metro y se denomina joule o julio, y es la misma unidad que mide la
energía. Por eso se entiende que la energía es la capacidad para realizar un trabajo o que el trabajo provoca una variación de energía.
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2. Leyes de la termodinámica

El trabajo, desde el punto de vista mecánico, suele definirse como elproducto
de una fuerza por la distancia recorrida en la dirección de la fuerza. La definición
de trabajo desde el punto de vista termodinámico es más general: un sistema
realiza trabajo, interacción entre el sistema y su entorno, si el único efecto sobre
el entorno podría ser el levantamiento de un peso. La magnitud del trabajo es el
producto del peso por la distancia que podría levantarse.

Figura2.1: El trabajo en los diagramas de Clayperon.

El convenio elegido para trabajo positivo es que si el sistema realiza trabajo sobre su entorno, entonces es positivo. El trabajo que realiza un émbolo que
comprime un fluido es negativo mientras que un fluido expandiéndose contra un
émbolo realiza un trabajo positivo.
El trabajo asociado con la unidad de masa (trabajo específico) se designa...