Introducción
La primera ley de la termodinámica establece que la variación de la energía interna de un sistema es igual a la energía que transfiere o reciben los alrededores en forma de calor y de trabajo, de tal forma que se cumple que la energía no se crea ni se destruye sino que solamente se transforma. El trabajo es negativo cuando los alrededores realizan el trabajo sobre el sistema (por ejemplo, cuando el pistón del motor del automóvil comprime gasolina, esto es la compresión del gas) y positivo, cuando el sistema realiza trabajo sobre los alrededores (como cuando la gasolina explota dentro del pistón haciéndolo que ascienda nuevamente, esto es la expansión de un gas).
Un sistema formado por cilindro y émbolo que contiene en su interior gas, al suministrar calor hará que su energía interna aumente. Cuando tenga suficiente, desplazará al émbolo del punto A al punto B, haciendo trabajo sobre los alrededores.
Matemáticamente, la primera ley de la termodinámica es la siguiente
Donde
es la variación de la energía interna, en Joule (J)
es el calor, en Joule (J)
es el trabajo mecánico, en Joule (J)
Nota: se debe tomar en cuenta que 1 (J) = 1 (N m), 1 (cal) = 4.2 (J) y 1 (J) = 0.24 (cal). Además
Problema resuelto
Problema. Un sistema termodinámico intercambia energía con los alrededores. Calcular la variación de la energía interna cuando:
- a) Absorbe 90 calorías y realiza un trabajo de 180 Joule (J) sobre los alrededores.
- b) Absorbe 90 calorías y los alrededores realizan un trabajo sobre éste de 180 Joule.
- c) Libera 90 calorías y los alrededores realizan un trabajo sobre éste de 180 Joule.
Solución. Se realiza una conversión de calorías a Joule para la cantidad de calor.
Solución a. El valor de
Esto significa que la energía interna del sistema aumenta.
Solución b. El valor de
Esto significa que la energía interna del sistema aumenta.
Solución c. El valor de
Esto significa que la energía interna del sistema disminuye.
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