trabajo adiabático

La primera Ley originariamente se la planteó de esa manera, la equivalencia entre el trabajo y el calor, y el trabajo adiabático, luego se generalizó a lo que hoy conocemos como principio de la conservación de la energía.


Trabajo adiabático. Primer Principio de la Termodinámica. Energía Interna:

Existen muchos procesos que permiten que un sistema termodinámico pase de un estado deequilibrio a otro y, en general, el trabajo realizado por o sobre el sistema es diferente en cada proceso.
De todos los procesos posibles entre dos estados determinados de un sistema seleccionemos aquéllos que sean adiabáticos, es decir, que la pared que rodea al sistema no permita el intercambio de energía térmica y en consecuencia la temperatura del sistema sea independiente de la que posea el medioexterior.
Constituye un hecho experimental de singular importancia que un sistema pueda sufrir una transformación desde un estado inicial dado a un estado final diferente, realizando únicamente trabajo adiabático, y además se encuentra también que el trabajo puesto en juego es el mismo para cualquier proceso adiabático que tenga lugar entre los mismos estados de equilibrio para un sistemacerrado. La generalización de los resultados anteriores constituye el enunciado del Primer Principio de la Termodinámica, que se enuncia “cuando un sistema cerrado varía su estado adiabáticamente, el trabajo asociado con ese cambio de estado es el mismo para todos los procesos posibles entre los dos estados de equilibrio dados”, y por lo tanto el trabajo realizado solo depende de los estados inicial yfinal (para estos casos concretos). Este enunciado del primer principio sólo hace referencia a transformaciones adiabáticas, con independencia de la forma en que tenga lugar: trayectoria seguida, cuasiestática o no, reversible o irreversible
Si notamos por {xi} el conjunto de variables de estado inicial y por {xf} el conjunto de variables del estado final, el enunciado del primer principio nospermite escribir:
W desde “i” hasta “f” = f({xi},{xf}).
El trabajo es una función de las variables en estado inicial y final.
Basándonos en la teoría de campos, sabemos que si el trabajo no depende de la trayectoria seguida existe una función escalar tal que la diferencia entre los valores que toma dicha función para los estados entre los que evoluciona el sistema es igual al trabajo realizadodurante la transformación. De forma análoga, introducimos ahora una función escalar de las variables de estado, denominada energía interna del sistema, que denotaremos por “U”, tal que la variación de dicha función entre los estados inicial y final sea igual al trabajo asociado al proceso:
W desde “i” hasta “j” = Uf – Ui.
, en donde la energía interna toma un único valor en cada estado, es decir,es una función de estado. Además, la energía interna es una magnitud extensiva.
Es necesario comprobar que la ecuación está de acuerdo con el criterio de signos utilizado. En efecto, si el trabajo adiabático realizado sobre el sistema es negativo, el sistema recibe energía, con lo que en el estado final debe ser mayor que en el estado inicial, lo cual se corresponde con que ΔU > 0.
Para unproceso infinitesimal, podemos expresar la ecuación anterior en la forma:
-dW = dU, lo que nos indica que el trabajo adiabático infinitesimal no depende de la trayectoria.
El valor real de “U” solo se puede establecer si se asigna de modo arbitrario un valor numérico concreto para un estado de referencia dado de la sustancia objeto de estudio, al igual que sucede en Mecánica o Electrostática, puescomo hemos visto en teoría de campos, la función escalar aparece indeterminada en una constante.

Generalización del Primer Principio. Concepto Termodinámico de Calor:

Hemos considerado hasta aquí procesos en los cuales el sistema experimenta una transición entre la realización de trabajo adiabático, si bien este tipo de procesos no son los que se realizan con más frecuencia en la práctica....