termodinamica

PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA
La primera ley de la termodinámica es un enunciado de la primera ley de la conservación de la energía. Con
otro objeto de establecerla, consideremos qué se entiende por sistema cerrado, es decir, una acumulación
definida de partículas separadas. Esta podría consistir en un gas confiado en un cilindro por un pistón, en cuyo
caso las moléculas en el gas son elsistema; o un sistema pudiera ser muy grande, por ejemplo: la Tierra y todo
lo asociado con ella. En cualquier caso dado debemos saber exactamente que constituye el sistema si vamos a
poder describirlo.
Consideremos ahora un sistema cerrado. Podrían ser las moléculas de un gas confinadas por un pistón. Como
se muestra en la figura 17− 1. Estas moléculas, así como cualquier Otro sistema, poseeránenergía U. Esta
podría ser energía cinética de traslación, rotación y vibración, juntamente con energía potencial de enlaces
moleculares estirados e interacción de energía entre las moléculas. En cualquier caso, U se utiliza para denotar
le energía total que posee el sistema, y a menudo recibe el nombre de energía interna del sistema, es virtud de
que la energía es una propiedad de lasmoléculas individuales que constituyen el sistema.
Supongamos ahora que una cantidad de energía por calor dQ influye en el sistema. *La energía del sistema se
debe aumentar en virtud de que la ley de conservación de la energía nos indica que la energía no puede
desaparecer. En ausencia de todos los otros cambios en el sistema, la energía por calor agregada al sistema
debe igualar el aumento deenergía interna del sistema, U.
Sin embargo, en la situación que se ilustra en la figura 17−1, el pistón subirá a medida que se agregue calor al
ges. En la sección 16−5 estudiamos este situación con algún detalle, y encontramos que si el volumen
aumenta en una cantidad V, el gas efectuará trabajo en le cantidad P V. donde P es la presión del gas. En
general, cuando el volumen de un sistema aumenta enuna cantidad −1V, el trabajo efectuado por el sistema es
*dQ, en vez de Q, se utiliza para representar esta energía, ya que no deseamos dar la impresión de que
podemos definir el calor Q dentro del sistema. La energía por calor añadida se convierte en energía cinética o
da lugar a realización del trabajo cuando entra en el sistema. No podemos separar una porción de calor de la
energía totaldel sistema U
Figura 17−1 A medido que se añade calor al gas y se mantiene la presión constante por medio del pistón
móvil, ¿cuánto trabajo esta efectuando el gas?
Se pueden imaginar otros ejemplos del trabajo efectuado por un sistema La ley de conservación de energía
nos indica en cada caso, independientemente de lo complicado que sea, que si el sistema efectúa trabajo W,
este trabajo debeefectuarse a expensas de la energía del sistema. Por lo tanto, cuando un sistema efectúa
trabajo
W, su energía debe cambiar en una cantidad W. El signo negativo nos indica que cuando el Sistema efectúa
trabajo pierde energía.
Ahora podemos combinar estos tres cambios de energía:
1) Una cantidad de calor d0 se agrega a un sistema;
2) El sistema efectúa una cantidad de trabajo W, y por lo tantopierde energíaW;
3) La energía interna del sistema aumenta en una cantidad U. La ley de conservación de la energía nos señala
que
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La ecuación 17−1 es un enunciado de la primera ley de la termodinámica. Como se comentó anteriormente, si
sólo se efectúa trabajo externo por expansión, entonces
17−1 puede volverse a escribir

Esta relación realmente no es nueva para nosotros, en virtud deque la derivamos y utilizamos en el capítulo
precedente. Sin embargo ahora vemos que tiene mayor validez que el caso restringido para el cual la
derivamos previamente. La forma aún más general de la primera ley, 17−1, es de gran utilidad. En relación
con ella, puntualicemos que U en efecto puede ser una cantidad muy compleja. Por ejemplo, incluye las
energías eléctricas internas,...