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Capítulo 20
Termodinámica
el sistema se representa por AQ. El trabajo W puede ser realizado por el sistema, sobre el sistema o ambas cosas. El trabajo de salida se considera positivo y el de entrada negativo. Por tanto, AW representa el trabajo neto realizado por el sistema (trabajo de salida). En la figura 20.2c el sistema ha alcanzado su estado final 2 y de nuevo está en equilibrio, con una energía interna final Ur Sus nuevas coordenadas termodinámicas son (P , V , 7,). Puesto que la energía tiene que conservarse, el cambio en la energía interna AU = U, - [/, debe representar la diferencia entre el calor neto AQ absorbido por el sistema y el trabajo neto AW que realiza el sistema sobre sus alrededores. AU = AQ - AW (20.1) En consecuencia, elcambio en energía interna se define exclusivamente en términos de las cantidades mensurables calor y trabajo. La ecuación (20.1) establece la existencia de una fu n ción de energía interna U que se determina mediante las coordenadas termodinámicas de un sistema. Su valor en el estado final menos su valor en el estado inicial representa el cambio en energía del sistema. Puesto que la temperatura está relacionada con la energía interna, ge neralmente es cierto que un aumento o una disminución de la energía interna también origina un incremento o una reducción de la temperatura.
Primera ley de la termodinámica La primera ley de la termodinámica es simplemente una nueva exposición del principio de la conservación de la energía: La energía no puede crearse o destruirse, sólo transformarse de una forma a otra.
Al aplicar esta ley a un proceso termodinámico se observa, a partir de la ecuación (20.1), que AQ = A U + AW
(20.2)
Esta ecuación representa un postulado matemático de la primera ley de la termodinámica, la cual puede enunciarse como sigue: Primera ley de la term odinám ica: en cualquier proceso term odinám ico, el calor neto absorbido por un sistema es igual a la suma del trabajo neto que éste realiza y el cam bio de su energía interna.
Cuando se aplica la primera ley de la termodinámica es preciso reconocer que el calor Q su ministrado en un sistema es positivo y el que expulsa o pierde el sistema, negativo. El trabajo que realiza un sistema es positivo; el que se hace sobre el sistema, negativo. Un aumento de la energía interna es positivo; una disminución, negativa. En la figura 20.3 se resumen tales convenciones.
Convenciones de signos de la prim era ley AQ = A U + \ W • El calor Q de entrada es positivo • El trabajo hecho p o r un gas es positivo • El calor Q de salida es negativo
-IV
pAt/
• El trabajo hecho sobre un gas es negativo
r-e
Figura 2 0 .3 Convención de signos de la primera ley de la termodinámica.