Un planteamiento formal de ésta es:
Aunque
la energía tome muchas formas, la cantidad total de energía es constante, y
cuando la energía desaparece en una forma, aparece simultáneamente en otras
formas.
Al aplicar la primera ley a un proceso dado, la esfera de influencia del
proceso se divide en dos partes, el sistema y sus alrededores. La parte donde
se lleva a cabo el proceso es la que se toma como sistema; a todo aquello con lo
que el sistema interactúa se considera como los alrededores. El sistema puede
tener cualquier tamaño dependiendo de las condiciones particulares, y sus
fronteras pueden ser reales o imaginarias, rígidas o flexibles. Con frecuencia
el sistema está formado por una sola sustancia; en otros casos puede ser
complejo. En cualquier caso, las ecuaciones de la termodinámica se escriben con
referencia a un sistema bien definido.
En su forma más básica, la primera ley puede escribirse como
Δ (Energía del sistema) + Δ (Energía de alrededores) = 0 (1)
Los cambios en el sistema pueden darse en su energía interna, en su
energía potencial o cinética y en la energía potencial o cinética de sus partes
finitas. Puesto que la atención se dirige sobre el sistema, la naturaleza de
los cambios de energía en los alrededores no es de interés.
En un sentido termodinámico, el calor y el trabajo se refieren a energía
en tránsito a través de la frontera que divide al sistema de sus alrededores.
Estas formas de energía no se almacenan y nunca están contenidas en el cuerpo o
sistema. La energía se guarda en forma de energía cinética, potencial e
interna; éstas residen en los objetos materiales y existen debido a la
posición, configuración y movimiento de la materia.
Si la frontera de un sistema no permite el transporte de materia entre
.el, sistema y sus alrededores, entonces se dice que el sistema es cerrado y su
masa es constante. En este caso no puede haber transferencia de energía interna
a través de la frontera del sistema. Todo el intercambio de energía entre un
sistema y sus alrededores Se hace como calor y trabajo, y el cambio en la
energía total de los alrededores es igual a la energía neta transferida hacia o
desde él como calor y trabajo. El segundo término de la ecuación (1) puede, por
tanto, remplazarse por.
Δ (Energía de alrededores) = ± Q
± W
La selección de los signos utilizados con Q y W depende de la dirección
del transporte considerada como positiva.
El primer término de la ecuación (1) puede desarrollarse para mostrar
cambios de energía en distintas formas. Si la masa del sistema es constante y
sólo participan cambios en las energías interna, cinética y potencial,
Δ (Energía del sistema) = ΔU + ΔEK + ΔEp
Donde U es la energía interna total del sistema. Con esto, la ecuación
(1) puede escribirse como
ΔU + ΔEK + ΔEp = ± Q ± W
La convención moderna del signo, tanto para el calor Q como para el
trabajo W, hace que los valores numéricos de ambas cantidades sean positivos
para el transporte, de los alrededores hacia el sistema, a través de la
frontera. Con esto en mente, puede escribirse
ΔU + ΔEK + ΔEp = Q - W (2)
La ecuación (2) indica que el cambio total de energía de un sistema de
masa constante es igual a la energía neta transportada hacia él como calor y
trabajo. Los sistemas cerrados a menudo experimentan procesos que no causan
ningún cambio en su energía potencial o cinética externas, sino solamente en su
energía interna. Para tales procesos la ecuación (2) se reduce a:
ΔU = Q - W
(3)
Donde:
ΔU = Incremento de la energía interna
Q = Calor
W = Trabajo termodinámico
La ecuación (3) se aplica a procesos donde participan cambios finitos en
la energía interna del sistema. Para cambios diferenciales, la ecuación se
escribe como
dU = dQ - dW (4)
Esta ecuación, al igual que la (3), se aplica a sistemas cerrados que
experimentan únicamente cambios en su energía interna. Las unidades utilizadas
en las ecuaciones (2) a (4) deben ser las mismas para todos los términos. En el
sistema SI la unidad de energía es el joule.
NB: La ecuación 3
simboliza la transformación de la energía calorífica en trabajo mecánico o el
trabajo mecánico necesario para producir cierta transferencia de calor
ACTIVIDAD:
Investiga que significa o como se obtiene experimental o matemáticamente
la entalpia, el calor, el trabajo o la energía interna y realiza tu comentario
en el blog (no se considerara el
duplicado de la información y solo se admitirán como máximo 2 ideas
principales, por ejemplo el calor representa la transferencia de energía provocada
por el cambio de temperatura)
