1° ley de la termodinámica

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1º - Bachillerato

Química

termodinámica y electrostática.

física

Edad recomendada: 15 años

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Nohemi Trujillo Trejo

México

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1

Nohemi Trujillo Trejo

14 de Junio de 2024

00:02

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100

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1° ley de la termodinámicaVersión en línea presentación de la primera ley de la termodinámica por Nohemi Trujillo Trejo 1 primera ley de la termodinámica La primera ley de la termodinámica establece que el cambio en la energía interna de un sistema,\Delta U , es igual al calor neto que se le transfiere, Q , más el trabajo neto que se hace sobre él, W . En forma de ecuación, la primera ley de la termodinámica es, Delta U=Q+W 2 QUÉ ES? ¿Qué es la primera ley de la termodinámica? Muchos motores y plantas de energía operan convirtiendo energía térmica en trabajo. La razón es que un gas al calentarse puede hacer trabajo mecánico sobre turbinas o pistones, lo que ocasiona que se muevan. La primera ley de la termodinámica aplica el principio de conservación de energía a sistemas donde la transferir de calor y hacer un trabajo son los métodos de intercambio de energía dentro y fuera del sistema. La primera ley de la termodinámica establece que el cambio en la energía interna de un sistema, Delta/U , es igual al calor neto que se le transfiere, Q , más el trabajo neto que se hace sobre él, W . En forma de ecuación, la primera ley de la termodinámica es, Delta/U=Q+W 3 1° ley de la termodinámica ¿Es el calor Q lo mismo que la temperatura T? Definitivamente no. Esta es la equivocación más común al trabajar con la primera ley de la termodinámica. El calor Q representa la energía térmica que entra al gas (por ejemplo, por conducción térmica a través de las paredes del contenedor). Por otro lado, la temperatura T es una cantidad proporcional a la energía interna total del gas. Así que Q es la energía que gana el gas por medio de conducción térmica, mientras que T es proporcional a la cantidad total de energía que tiene el gas en un momento dado. El calor que entra en un gas puede ser cero (Q=0) si el contenedor está aislado térmicamente; sin embargo, esto no significa que la temperatura del gas sea cero (pues probablemente el gas tenía cierta energía interna al principio del proceso). Para que entiendas este punto, considera el hecho de que la temperatura de un gas puede aumentar aun si pierde hay calor. Esto parece contra intuitivo, pero siendo que tanto el trabajo como el calor pueden cambiar la energía interna de un gas, también afectan su temperatura. Por ejemplo, si colocas un pistón en un lavabo con agua helada, el calor conducirá energía fuera del gas. Sin embargo, si comprimimos el pistón de tal manera que el trabajo realizado sobre el gas sea mayor que la energía térmica que se pierde, su energía interna total aumentará. 4 1° ley de la termodinámica Sistema Cerrado ´o Aislado Por simplicidad, consideremos como sistema a un fluido de una sustancia química pura, como sería un gas de argón o de hidrógeno, por ejemplo: SISTEMA CERRADO € paredes aislantes paredes rígidas paredes impermeables € ⇔ No permiten transferencia de energía no mecánica ("calor") ⇔ V = constante ⇔ N = constante € ⇒ E = constante Figura 1: Sistema cerrado ´o aislado Definimos a un sistema como cerrado o aislado a aquel que se encuentra contenido en un recipiente cuyas paredes son aislantes, rígidas e impermeables. La connotación de paredes “rígidas” es un tanto obvia en el sentido que es una afirmación de que el volumen permanece constante, V = constante. Cabe mencionar en este momento que llamamos o consideramos al volumen como la condición externa. En la siguiente sección quedará más claro el por qué. Las paredes “impermeables” nos dicen que la materia, el fluido en este caso, no puede entrar ni salir del recipiente. Desde un punto de vista más macroscópico diríamos que la masa M del fluido permanece constante. Sin embargo, si consideramos que la masa de un átomo o molécula del fluido es m, entonces el número de partículas es simplemente N = M/m; en otras palabras, paredes impermeables es equivalente a decir N = constante. El que las paredes sean “aislantes” es que impiden la entrada y salida de energía por cualquier otro medio; por ejemplo, no permiten el paso de radiación electromagnética, ni son afectadas si les acercáramos fuego, u ocurriera cualquier proceso fuera de ellas.

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primera ley de la termodinámica

La primera ley de la termodinámica establece que el cambio en la energía interna de un sistema,\Delta U , es igual al calor neto que se le transfiere, Q , más el trabajo neto que se hace sobre él, W . En forma de ecuación, la primera ley de la termodinámica es, Delta U=Q+W

QUÉ ES?

¿Qué es la primera ley de la termodinámica?

Muchos motores y plantas de energía operan convirtiendo energía térmica en trabajo. La razón es que un gas al calentarse puede hacer trabajo mecánico sobre turbinas o pistones, lo que ocasiona que se muevan. La primera ley de la termodinámica aplica el principio de conservación de energía a sistemas donde la transferir de calor y hacer un trabajo son los métodos de intercambio de energía dentro y fuera del sistema. La primera ley de la termodinámica establece que el cambio en la energía interna de un sistema, Delta/U , es igual al calor neto que se le transfiere, Q , más el trabajo neto que se hace sobre él, W . En forma de ecuación, la primera ley de la termodinámica es, Delta/U=Q+W

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¿Es el calor Q lo mismo que la temperatura T?

Definitivamente no. Esta es la equivocación más común al trabajar con la primera ley de la termodinámica. El calor Q representa la energía térmica que entra al gas (por ejemplo, por conducción térmica a través de las paredes del contenedor). Por otro lado, la temperatura T es una cantidad proporcional a la energía interna total del gas. Así que Q es la energía que gana el gas por medio de conducción térmica, mientras que T es proporcional a la cantidad total de energía que tiene el gas en un momento dado. El calor que entra en un gas puede ser cero (Q=0) si el contenedor está aislado térmicamente; sin embargo, esto no significa que la temperatura del gas sea cero (pues probablemente el gas tenía cierta energía interna al principio del proceso).

Para que entiendas este punto, considera el hecho de que la temperatura de un gas puede aumentar aun si pierde hay calor. Esto parece contra intuitivo, pero siendo que tanto el trabajo como el calor pueden cambiar la energía interna de un gas, también afectan su temperatura. Por ejemplo, si colocas un pistón en un lavabo con agua helada, el calor conducirá energía fuera del gas. Sin embargo, si comprimimos el pistón de tal manera que el trabajo realizado sobre el gas sea mayor que la energía térmica que se pierde, su energía interna total aumentará.

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Sistema Cerrado ´o Aislado

Por simplicidad, consideremos como sistema a un fluido de una sustancia química pura, como sería un gas de argón o de hidrógeno, por ejemplo: SISTEMA CERRADO € paredes aislantes paredes rígidas paredes impermeables € ⇔ No permiten transferencia de energía no mecánica ("calor") ⇔ V = constante ⇔ N = constante € ⇒ E = constante Figura 1: Sistema cerrado ´o aislado Definimos a un sistema como cerrado o aislado a aquel que se encuentra contenido en un recipiente cuyas paredes son aislantes, rígidas e impermeables. La connotación de paredes “rígidas” es un tanto obvia en el sentido que es una afirmación de que el volumen permanece constante, V = constante. Cabe mencionar en este momento que llamamos o consideramos al volumen como la condición externa. En la siguiente sección quedará más claro el por qué. Las paredes “impermeables” nos dicen que la materia, el fluido en este caso, no puede entrar ni salir del recipiente. Desde un punto de vista más macroscópico diríamos que la masa M del fluido permanece constante. Sin embargo, si consideramos que la masa de un átomo o molécula del fluido es m, entonces el número de partículas es simplemente N = M/m; en otras palabras, paredes impermeables es equivalente a decir N = constante. El que las paredes sean “aislantes” es que impiden la entrada y salida de energía por cualquier otro medio; por ejemplo, no permiten el paso de radiación electromagnética, ni son afectadas si les acercáramos fuego, u ocurriera cualquier proceso fuera de ellas.

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