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Shvoong Principal>Ciencias>Física>Reseña de Primera Ley de la termodinámica

Primera Ley de la termodinámica

Reseña del Artículo   por:wameneses     Autor : W.Meneses
ª
 
PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA. Consideremos un sistema aislado, es decir un sistema encerrado en una envoltura adiabática. En particular, analicemos el experimento de Joule (1843). Podemos producir de diferentes maneras cambios de estado en un líquido aislado. Por un lado se puede agitar vigorosamente el líquido mediante la rotación de paletas accionadas por pesas suspendidas a través de poleas, o bien suministrar energía al sistema colocando en el interior del líquido un resistor por el que circula corriente eléctrica. El trabajo realizado sobre el sistema, calculado en el primer caso por el desplazamiento de las pesas, o en el segundo midiendo la intensidad de corriente que circula por el resistor y la diferencia de potencial eléctrico entre sus extremos, resulta ser el mismo si el sistema es llevado en ambos casos del mismo estado inicial al mismo estado final. Estos y otros muchos experimentos muestran que si un sistema aislado experimenta una transformación que lo lleva de un estado definido 1 a otro estado definido 2, se requiere la misma cantidad de trabajo W, sea cual fuere el mecanismo utilizado para realizar el trabajo o los estados intermedios por los que pasa el sistema. Se puede definir una función de estado U de manera tal que si un sistema aislado pasa del estado 1 al estado 2, la diferencia en U, es decir U(2) - U(1) , es igual al trabajo W que se realiza sobre el sistema, o sea W = U(2) - U(1) (sistema aislado). La función U se denomina energía interna del sistema. En el caso de un fluido (cuya energía interna solo depende de la temperatura) U =U(p, V) ó U =U (V, T) ó U =U ( p, T ), dependiendo de las variables termodinámicas independientes que se elijan para describir el estado del fluido. Consideremos que, repitiendo los experimentos indicados, se ha determinado la función U ( p, V ) de un fluido de masa dada, y considérese una transformación no adiabática que lo lleve del estado inicial ( 1 ) al estado final ( 2 ) ; en general la diferencia U (2) - U (1) - W será distinta de cero pero su valor se puede calcular ya que se ha medido y se conocen U(1) y U(2). Esta diferencia es el calor “transmitido” al sistema U(2)-U (1)-W = Q (sistema no adiabático). Ésta es la definición de calor en función de magnitudes mecánicas. La ecuación anterior expresa la primera ley de la termodinámica. Ésta es la ley de conservación de la energía aplicada a procesos que implican sistemas macroscópicos. El concepto de calor como ha sido presentado, tiene además todas las propiedades que se le asocian mediante experimentos calorimétricos, etc. Estos procesos son aquellos en los que no se realiza ningún trabajo; los cambios de temperatura son debidos solamente a la transferencia de calor. Supóngase que el fluido es llevado del mismo estado inicial (1) al mismo estado final (2) mediante una transformación no adiabática distinta de la anterior. En este caso si W'' es el trabajo exterior suministrado al sistema, la ecuación de la primera ley tomará la forma U(2) - U(1) - W'' =Q'' si se escribe DU = U(2) - U(1) , resulta DU = W + Q = W '' + Q'' Debe observarse la convención de signos utilizada en estos casos: si el trabajo se realiza sobre el sistema, W es positivo, si el trabajo lo realiza el sistema, W es negativo. Si se transmite calor al sistema, Q es positivo, en caso contrario Q es negativo.
Para un cambio desde un estado definido 1 a otro estado definido 2, DU está determinado (es una función de estado) , y de acuerdo con lo anterior también lo está ( W + Q ) o ( W '' + Q'' ) ; sin embargo, no están determinados W o Q por separado. W y Q dependen de la manera en que se realiza el cambio que lleva al sistema del estado 1 al estado 2, es decir, dependen del curso particular que toma la transformación. W y Q no son funciones de estado. Observación: No existe la función de estado " calor del sistema" tal que el sistema tenga un calor definido en el estado 1 y un calor definido en el estado 2 , de modo que Q sea laestos dos calores. Del mismo modo no existe la función de estado "trabajo del sistema". Se puede expresar lo anterior diciendo que no hay conservación del calor o conservación del trabajo por sí mismos. Sólo se tiene conservación de la energía. Trabajo y calor son formas diferentes de transferencia de energía. La ecuación de la primera ley expresa la conservación de energía de cambios finitos. En cambios infinitesimales se escribe dU = d W + d Q Aquí dU representa el cambio infinitesimal de la energía del sistema producido por un trabajo infinitesimal d W y una transferencia infinitesimal de calor d Q. Escribimos d W y d Q (en vez de dW y dQ ) para destacar que estos cambios infinitesimales no son cambios en funciones de estado. Podríamos decir en términos matemáticos que la ecuación de dU, es la diferencial total exacta de una función U de las variables independientes que se elijan, mientras que d W y d Q no son diferenciales totales exactas ya que no hay ninguna función W ó Q , de las mismas variables, cuyas diferenciales igualen d W ó d Q respectivamente. Son particularmente importantes las transformaciones reversibles. Un sistema se transforma reversiblemente de un estado inicial 1 a otro estado final 2, cuando mediante la transformación inversa se puede llevar el sistema de 2 a 1 por la misma sucesión de estados intermedios, pero en sentido inverso. Para que una transformación sea reversible debe ser cuasiestática, es decir, queda definida por una sucesión de estados de equilibrio del sistema. En este caso es posible invertir su sentido por un cambio infinitesimal de las condiciones externas aplicadas. Una transformación reversible puede realizarse en la práctica cambiando las condiciones externas de modo tan lento que el sistema tenga tiempo de ajustarse por sí mismo a la modificación producida. La importancia de las transformaciones reversibles reside en que para tales procesos el trabajo realizado sobre el sistema queda perfectamente definido por las propiedades del sistema.
Publicado el: 01 octubre, 2007   
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  1. Responde   Pregunta  :    primera ley para casos infinitesimales Ve todo
  1. Responde   Pregunta  :    ¿Existe algún error en la primera ley de termodinámica? ∆U = Q - W Ve todo
  1. Responde   Pregunta  :    nesecito 2 raticulos de la 1 ley de la termodinamica Ve todo
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  1. 2. jorge luis

    primera ley

    falta muchas formelas . los temas son muy superficiales la verdad te sirve de algo pero no de sostiene toda sus dudas

    0 Puntuación viernes, 17 de junio de 2011
  2. 1. tifany

    solo

    muy bien super

    0 Puntuación viernes, 07 de diciembre de 2007
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