1ra Ley de la termodinámica
Introducción
para entender la relación entre el trabajo y el calor, necesitamos entender un tercer factor de enlace: el cambio en la energía interna. La energía no puede ser creada ni destruida, pero puede ser convertida o transferida. La energía interna se refiere a toda la energía dentro de un sistema dado, incluyendo la energía cinética de las moléculas y la energía almacenada en todos los enlaces químicos entre moléculas., Con las interacciones del calor, el trabajo y la energía interna, hay transferencias y conversiones de energía cada vez que se realiza un cambio en un sistema. Sin embargo, no se crea ni se pierde energía neta durante estas transferencias.
Ley de la termodinámica
la primera ley de la termodinámica establece que la energía puede convertirse de una forma a otra con la interacción del calor, el trabajo y la energía interna, pero no puede ser creada ni destruida, bajo ninguna circunstancia., Matemáticamente, esto se representa como
\
con
- \(ΔU\) es el cambio total en la energía interna de un sistema,
- \(q\) es el calor intercambiado entre un sistema y sus alrededores, y
- \(w\) es el trabajo realizado por o sobre el sistema.
El Trabajo también es igual a la presión externa negativa en el sistema multiplicada por el cambio en el volumen:
\
la energía interna de un sistema disminuiría si el sistema emite calor o funciona., Por lo tanto, la energía interna de un sistema aumenta cuando aumenta el calor (esto se haría agregando calor a un sistema). La energía interna también aumentaría si el trabajo se realizara en un sistema. Cualquier trabajo o calor que entra o sale de un sistema cambia la energía interna. Sin embargo, dado que la energía nunca se crea ni se destruye (por lo tanto, la primera ley de la termodinámica), el cambio en la energía interna siempre es igual a cero. Si la energía es perdida por el sistema, entonces es absorbida por el entorno., Si la energía es absorbida en un sistema, entonces esa energía fue liberada por el entorno:
\
donde ΔUsystem es la energía interna total en un sistema, y Δusurroundingses la energía total del entorno.,bbc»>
The above figure is a visual example of the First Law of Thermodynamics., Los cubos azules representan el sistema y los círculos amarillos representan los alrededores alrededor del sistema. Si la energía es perdida por el sistema del cubo entonces es ganada por los alrededores. La energía nunca se crea ni se destruye. Dado que el área del cubo de la pista disminuyó, el área visual del círculo amarillo aumentó. Esto simboliza cómo la energía perdida por un sistema es ganada por el entorno. Los efectos de los diferentes entornos y los cambios en un sistema ayudan a determinar el aumento o disminución de la energía interna, el calor y el trabajo.,v id=»e58a7c820f»>
+ or –
Example \(\PageIndex{1}\)
A gas in a system has constant pressure., El entorno alrededor del sistema pierde 62 J de calor y hace 474 J de trabajo en el sistema. ¿Cuál es la energía interna del sistema?
solución
para encontrar energía interna, ΔU, debemos considerar la relación entre el sistema y el entorno. Dado que la primera ley de la termodinámica establece que la energía no se crea ni se destruye, sabemos que todo lo perdido por el entorno es ganado por el sistema. El área circundante pierde calor y funciona en el sistema. Por lo tanto, q Y w son positivos en la ecuación ΔU=q+w porque el sistema gana calor y consigue el trabajo hecho en sí mismo.,
\ &= 536\,J \end{align}\]
Example \(\PageIndex{2}\)
un sistema tiene un volumen constante (ΔV=0) y el calor alrededor del sistema aumenta en 45 J.
- ¿Cuál es el signo de calor (q) para el sistema?
- ¿A qué es ΔU igual?
- ¿Cuál es el valor de la energía interna del sistema en julios?
solución
dado que el sistema tiene un volumen constante (ΔV=0) el término-PΔV=0 y el trabajo es igual a cero. Así, en la ecuación ΔU = q + w w = 0 y ΔU=q. la energía interna es igual al calor del sistema., El calor circundante aumenta, por lo que el calor del sistema disminuye porque el calor no se crea ni se destruye. Por lo tanto, el calor se quita del sistema por lo que es exotérmico y negativo. El valor de la Energía Interna será el valor negativo del calor absorbido por el entorno.
- negativo (p<0)
- ΔU=q + (-pδv también) = p+ 0 = p
- ΔU = -45J
