2.1.3 Primera ley de la termodinámica

La Primera ley de la termodinámica establece que la variación de la energía interna de un sistema es igual ala energía que transfiere o recibe los alrededores en forma de calor y de trabajo, de forma tal que se cumple que la energía no se crea ni se destruye sino que solamente se transforma. El trabajo es negativo cuando los alrededores realizan trabajo sobre el sistema; por ejemplo un sistema formado por cilindro y embolo que contiene en su interior gas, al suministrarle calor hará que su energía interna aumente. Cuando tenga suficiente, desplazara al embolo del punto A al B, haciéndolo trabajo sobre los alrededores, (figura 96)

Tabla 44. Primera ley de la termodinámica.

AEi = Q - Tr

AEi	Variación de la energía interna	J (Joule)
Q	Calor	J (Joule)
Tr	Trabajo mecánico	1J=Nm

1cal = 4.2J 1J = 0.24cal

Tr: Positivo, si se realiza trabajo sobre los alrededores Tr: Negativo, si los alrededores hacen trabajo sobre el sistema

Q: Positivo, si entra al sistema Q: Negativo, si sale del sistema

Proceso Termodinámico

Un gas experimenta un proceso termodinámico cuando varía su presión, volumen o temperatura. Los procesos termodinámicos se clasifican en: isotérmicos, isobáricos, isocóricos y adiabáticos.

2.1.4 PROCESO ISOTÉRMICO

Se denomina proceso isotérmico o proceso isotermo al cambio de temperatura reversible en un sistema termodinámico, siendo dicho cambio de temperatura constante en todo el sistema. La compresión o expansión de un gas ideal en contacto permanente con un termostato es un ejemplo de proceso isotermo, y puede llevarse a cabo colocando el gas en contacto térmico con otro sistema de capacidad calorífica muy grande y a la misma temperatura que el gas; este otro sistema se conoce como foco caliente. De esta manera, el calor se transfiere muy lentamente, permitiendo que el gas se expanda realizando trabajo. Como la energía interna de un gas ideal sólo depende de la temperatura y ésta permanece constante en la expansión isoterma, el calor tomado del foco es igual al trabajo realizado por el gas: Q = W.

2.1.5 PROCESO ISOBÁRICO

Un proceso isobárico es un proceso termodinámico que ocurre a presión constante. En él, el calor transferido a presión constante está relacionado con el resto de variables mediante:

Donde:

= Calor transferido.

= Energía Interna.

= Presión.

= Volumen

Es un proceso a presión constante; en consecuencia:

y se tendrá

Si la presión no cambia durante un proceso, se dice que éste es isobárico. Un ejemplo de un proceso isobárico es la ebullición del agua en un recipiente abierto. Como el contenedor está abierto, el proceso se efectúa a presión atmosférica constante. En el punto de ebullición, la temperatura del agua no aumenta con la adición de calor, en lugar de esto, hay un cambio de fase de agua a vapor.

2.1.6 Proceso isocòrico

Un proceso isocòrico o isovolumètrico se presenta cuando el volumen del sistema permanece constante. Debido a que la variación del volumen es cero, no se realiza trabajo ni sobre el sistema ni de este ultimo sobre los alrededores, por lo que se cumple que Tr=0 y AEi= Q. Estas últimas expresiones indican que todo el calor suministrado aumentara en la misma proporción a la energía interna. En general, se presenta cuando un gas se calienta dentro de un recipiente con volumen fijo.

En el caso de calentar dos masas iguales de gas, una a presión constate y otra a volumen constante, para que logren el mismo incremento de temperatura se requiere proporcionar mayor calor al sistema a presión constante (Qp>Qv). Ello se debe a que en el proceso isobàrico el calor suministrado se usa para aumentar la energía interna y efectuar trabajo, mientras que en el proceso isocòrico todo el calor se usa para incrementar exclusivamente la energía interna.

Ejemplo 25. Proceso isocòrico

Un recipiente hermético que mantiene su volumen constante contiene gas. Si se le suministran 50 calorías desde

el exterior ¿que variación de energía interna presenta?

1. Esquema

2. Datos 3. Incógnita

Q= 50 cal AEi=? J

No hay incremento de volumen

AV=0

4. Ecuación

AE= Q-Tr

• Al no aver variación de volumen no se efectúa trabajo, por lo que este es cero, Tr=0.
• Por tanto la ecuación anterior se reduce a AE i=Q
• El calor es positivo debido a que entra al sistema.

5. Conversiones 6. Sust. y Op. 7. Resultado

1cal= 4.2J AEi= Q= 210J AEi= 210J

Q= 50cal (4.2J/1cal) =210 J

La variación de energía interna aumenta debido a que se le suministro calor al sistema.

2.1.7 Proceso adiabático

Ocurre un proceso adiabático cuando el sistema no sede ni recibe calor, cumpliéndose que (Q=0) y AEi= -Tr, aun cuando el gas aun cuando el gas puede representar expansión o comprensión.