Primera ley de la termodinámica

entropía

Un gas caliente, confinado en una cámara, ejerce presión sobre un pistón, haciendo que se mueva hacia abajo. El movimiento puede aprovecharse para realizar un trabajo igual a la fuerza total aplicada a la parte superior del pistón por la distancia que éste recorre.

La Primera Ley de la Termodinámica establece que el calor es una forma de energía y, por tanto, los procesos termodinámicos están sujetos al principio de conservación de la energía. Esto significa que la energía térmica no puede crearse ni destruirse. Sin embargo, puede transferirse de un lugar a otro y convertirse en y desde otras formas de energía.

La termodinámica es la rama de la física que se ocupa de las relaciones entre el calor y otras formas de energía. En particular, describe cómo la energía térmica se convierte en y desde otras formas de energía y cómo afecta a la materia. Los principios fundamentales de la termodinámica se expresan en cuatro leyes.

«La primera ley dice que la energía interna de un sistema tiene que ser igual al trabajo que se realiza en el sistema, más o menos el calor que entra o sale del sistema y cualquier otro trabajo que se realice en el sistema», dijo Saibal Mitra, profesor de física de la Universidad Estatal de Missouri. «Por tanto, es un replanteamiento de la conservación de la energía».

la primera ley de la termodinámica es básicamente la misma que ¿qué ley de la física?

La primera ley de la termodinámica es una versión de la ley de conservación de la energía, adaptada a los procesos termodinámicos, que distingue tres tipos de transferencia de energía, como calor, como trabajo termodinámico y como energía asociada a la transferencia de materia, y los relaciona con una función del estado de un cuerpo, denominada energía interna.

La ley de conservación de la energía establece que la energía total de cualquier sistema aislado (para el que no es posible la transferencia de energía y materia a través de la frontera del sistema) es constante; la energía puede transformarse de una forma a otra, pero no puede crearse ni destruirse.

La primera ley para un proceso termodinámico con transferencia de materia requiere un enunciado adicional: «Teniendo en cuenta los respectivos estados de referencia de los sistemas, cuando dos sistemas, que pueden ser de composiciones químicas diferentes, separados inicialmente sólo por una pared impermeable, y aislados por lo demás, se combinan en un nuevo sistema mediante la operación termodinámica de eliminación de la pared, entonces

En 1840, Germain Hess enunció una ley de conservación (Ley de Hess) para el calor de reacción durante las transformaciones químicas[4]. Esta ley fue reconocida posteriormente como una consecuencia de la primera ley de la termodinámica, pero el enunciado de Hess no se refería explícitamente a la relación entre los intercambios de energía por calor y trabajo.

la entropía explicada

Las leyes de la termodinámica definen un grupo de magnitudes físicas, como la temperatura, la energía y la entropía, que caracterizan a los sistemas termodinámicos en equilibrio termodinámico. Las leyes también utilizan varios parámetros para los procesos termodinámicos, como el trabajo y el calor termodinámicos, y establecen relaciones entre ellos. Enuncian hechos empíricos que sirven de base para excluir la posibilidad de ciertos fenómenos, como el movimiento perpetuo. Además de su uso en termodinámica, son importantes leyes fundamentales de la física en general, y son aplicables en otras ciencias naturales.

Tradicionalmente, la termodinámica ha reconocido tres leyes fundamentales, denominadas simplemente con una identificación ordinal, la primera ley, la segunda ley y la tercera ley[1][2][3] Una declaración más fundamental fue etiquetada posteriormente como la ley zeroth, después de que se hubieran establecido las tres primeras leyes.

La ley zeroth de la termodinámica define el equilibrio térmico y constituye la base para la definición de la temperatura: Si dos sistemas están en equilibrio térmico con un tercer sistema, entonces están en equilibrio térmico entre sí.

entalpía

Hemos subrayado las palabras «en» y «por» en la definición. El calor eliminado de un sistema tendría un signo negativo en la ecuación. Del mismo modo, el trabajo realizado en el sistema tiene un signo negativo. La energía interna no es más que una forma de energía como la energía potencial de un objeto a cierta altura sobre la tierra, o la energía cinética de un objeto en movimiento. Del mismo modo que la energía potencial puede convertirse en energía cinética conservando la energía total del sistema, la energía interna de un sistema termodinámico puede convertirse en energía cinética o potencial. Al igual que la energía potencial, la energía interna puede almacenarse en el sistema. Sin embargo, hay que tener en cuenta que el calor y el trabajo no pueden almacenarse ni conservarse de forma independiente, ya que dependen del proceso. La primera ley de la termodinámica permite que existan muchos estados posibles de un sistema, pero en la naturaleza sólo se encuentran ciertos estados. La segunda ley de la termodinámica ayuda a explicar esta observación. Si un sistema está totalmente aislado del entorno exterior, es posible que se produzca un cambio de estado en el que no se transfiera calor al sistema. Los científicos denominan a un proceso que no implica transferencia de calor como un proceso adiabático. La aplicación de la primera ley de la termodinámica para los gases introduce otra variable de estado útil llamada entalpía que se describe en una página aparte.