4.4.1. PRIMERA LEY DE LA TERMODINMICA Y LEY CERO.

Con el descubrimiento hecho por Joule acerca del equivalente mecnico del calor se demostr que la energa mecnica se convierte en energa trmica.

INSTITUTO TECNOLGICO SUPERIOR DE CALKIN EN EL ESTADO DE CAMPECHE, CAMPUS HOPELCHN.

Por friccin aumenta la energa interna de un cuerpo.

La energa trmica se puede convertir en energa mecnica.

Un gas encerrado en un cilindro se expande y mueve un mbolo.

Con esto ha sido posible establecer claramente la Ley de conservacin de la energa.

Esta ley, aplicada al calor, da como resultado el enunciado de la Primera Ley de la Termodinmica que dice:

La variacin en la energa interna de un sistema es igual a la energa transferida a los alrededores o por ellos en forma de calor y de trabajo, por lo que la energa no se crea ni se destruye, slo se transforma.

Otro enunciado de la Primera Ley de la Termodinmica es la siguiente:La variacin de la energa interna de un sistema termodinmico es igual a la diferencia entre la energa que le es transferida en forma de calor y el trabajo mecnico que realiza.

Matemticamente la primera Ley de la termodinmica se expresa de la siguiente forma.

U = Q W. Donde:U = variacin de la energa interna del sistema expresada en caloras (cal) o Joules (J).Q = calor que entra o sale del sistema medido en caloras o joules.W = trabajo efectuado por el sistema o trabajo realizado sobre ste expresado en caloras o Joules.

El valor de Q es positivo cuando entra calor al sistema y negativo si sale de l. El valor de W es positivo si el sistema realiza trabajo y negativo si se efecta trabajo de los alrededores sobre el sistema. Al suministrar calor a un sistema formado por un gas encerrado en un cilindro hermtico, el volumen permanece constante (proceso isocrico), y al no realizar ningn trabajo todo el calor suministrado al sistema aumentar su energa interna: U = Uf-Ui = Q.

Problemas de la primera Ley de la Termodinmica.1.- A un sistema formado por un gas encerrado en un cilindro con mbolo, se le suministran 200 caloras y realiza un trabajo de 300 Joules. Cul es la variacin de la energa interna del sistema expresada en joules?.DatosFrmulaQ = 200 calU = Q W.W = 300 JConversin de unidades:U = ?1 cal = 4.2 J200 cal x 4.2 J/1 cal = 840 JSustitucin y resultado: U = 840 J 300 J = 540 J.

2.- Cul ser la variacin de la energa interna en un sistema que recibe 50 caloras y se le aplica un trabajo de 100 Joules?.DatosFrmulaU = ? U = Q - WQ = 50 calConversin de unidades:W = - 100 J50 cal x 4.2 J/1 cal = 210 JSustitucin y resultado U = 210 J (- 100 J) = 310 J.

3.- A un gas encerrado en un cilindro hermtico, se le suministran 40 caloras, cul es la variacin de su energa interna?DatosFrmulaQ = 40 calU = Q WU = ?Conversin de unidadesW = 040 cal x 4.2 J/1cal = 168 JSustitucin y resultado U = 168 J 0 = 168 J.Nota: al no realizarse ningn trabajo, todo el calor suministrado increment la energa interna del sistema.

4.- Sobre un sistema se realiza un trabajo de -100 Joules y ste libera -40 caloras hacia los alrededores. Cul es la variacin de la energa interna?DatosFrmulaW = - 100 J U = Q WQ = - 40 calConversin de unidades:U = ?- 40 cal x 4.2 J/1cal = - 168 JSustitucin y resultado: U = - 168 J (-100 J) =- 68 J. Nota: El signo negativo de la variacin de la energa interna del sistema indica que disminuy su valor, porque slo recibi 100 J en forma de trabajo y perdi 168 J en forma de calor.

5.- Un sistema al recibir un trabajo de -170 J sufre una variacin en su energa interna igual a 80 J. Determinar la cantidad de calor que se transfiere en el proceso y si el sistema recibe o cede calor?DatosFrmulaU = 80 JU = Q W. W = - 170 JDespejando Q = U + WQ = ?Sustitucin y resultado: Q = 80 J + (-170J) = -90 J. Si el calor tiene signo negativo, el sistema cede calor a los alrededores. Sin embargo, su energa interna aument ya que se efectu un trabajo sobre l.

LEY CERO DE LA TERMODINMICA.Para comprender esta Ley, observemos la figura siguiente.

ABC

Si los sistemas A y B estn en equilibrio termodinmico con el sistema C, entonces los sistemas A y B se encuentran en equilibrio termodinmico entre s.Esta ley nos explica que cuando un sistema se pone en contacto con otros, al transcurrir el tiempo, la temperatura ser la misma, porque se encontrar en equilibrio trmico.

Otras forma de expresar la Ley cero de la termodinmica es la siguiente:La temperatura es una propiedad que posee cualquier sistema termodinmico y existir equilibrio trmico entre dos sistemas cualesquiera, si su temperatura es la misma.Dos sistemas en equilibrio trmico con un tercero estn en equilibrio trmico entre s.