Procesos adiabáticos
En el proceso adiabático no hay transferencia de energía térmica, por lo tanto Q = 0 y la primera ley se reduce a ΔU = W. Esta situación se puede dar en sistemas bien aislados y significa que el cambio de energía proviene del trabajo que se haya hecho sobre él, según la convención de signos vigente (IUPAC).
Podría pensarse que al no haber transferencia de energía térmica la temperatura va a permanecer constante, pero no siempre es así. Sorprendentemente, la compresión de un gas aislado resulta en un aumento de su temperatura, mientras que en la expansión adiabática la temperatura disminuye.
Procesos en trayectoria cerrada y expansión libre
En un proceso en trayectoria cerrada, el sistema retorna al mismo estado que tenía al comienzo, sin importar lo que sucedió en los puntos intermedios. Estos procesos fueron mencionados antes al hablar de los sistemas no aislados.
En ellos ΔU = 0 y por lo tanto Q = W o Q = -W según el criterio de signos que se adopte.
Los procesos en trayectoria cerrada son muy importantes porque constituyen el fundamento de las máquinas térmicas tales como la máquina de vapor.
Finalmente, la expansión libre es una idealización que se lleva a cabo en un recipiente aislado térmicamente que contiene un gas. El recipiente tiene dos compartimientos separados por un tabique o membrana y el gas está en uno de ellos.
El volumen del recipiente aumenta súbitamente si se rompe la membrana y el gas se expande, pero el recipiente no contiene un pistón ni algún otro objeto que mover. Entonces el gas no hace trabajo mientras se expande y W = 0. Por estar aislado térmicamente Q = 0 y de inmediato se concluye que ΔU = 0.
Por lo tanto, la expansión libre no origina cambios en la energía del gas, pero paradójicamente mientras se expande no está en equilibrio.