Primera Ley de la Termodinámica

El significado técnico del término energía, no difiere mucho del que usamos en la vida diaria. Para nuestro propósito en este artículo, basta no confundir energía con fuerza y saber que la energía se conserva.

Algunas formas más comunes de la energía son: la energía cinética, o energía del movimiento, la energía eléctrica, aquella que mueve nuestros electrodomésticos, la energía química, presente en una batería de automóvil y en nuestros cuerpos, la energía nuclear, que reside en el interior de los átomos y se manifiesta en los reactores y las bombas.

Todas esas formas pueden ser tratadas como equivalentes, con la misma unidad de medida y pueden transformarse una en otras, cuando las condiciones son favorables.

La energía tiene varias unidades, usadas conforme la conveniencia. Por ejemplo, la energía calorífica es medida en calorías, la energía del movimiento es medida en Joules, y la energía eléctrica en kilowats. Pero como toda forma de energía acaba siendo una manifestación diferente de la misma cosa, es siempre posible pasar de una unidad para otra por una relación simple.

Por ejemplo 1 caloría es equivalente a 4,18 Joules y podemos decir por ejemplo cuantos Joules posee un alimento.

Y tomándose en cuenta el concepto básico de que la energía se conserva, es que podemos comenzar a hablar de la Primera Ley de la Termodinámica. Ella puede ser formulada de forma simple en los siguientes términos:

“En todo proceso natural, la energía del universo se conserva”

La primera Ley de la Termodinámica nada más es, el principio de la conservación de la energía, a pesar de ser estudiada para los gases, puede ser aplicado en cualquier proceso en que la energía de un sistema es intercambiada con el medio externo en la forma de calor o trabajo.

Cuando proveemos a un sistema de cierta cantidad de energía Q, esta energía puede ser usada de dos maneras:

1- Una parte de la energía puede ser usada para que el sistema realice un trabajo (t), expandiéndose o contrayéndose, o también puede suceder que el sistema no altere su volumen (t = 0).

2 – La otra parte puede ser absorbida por el sistema, volviéndose energía interna, o sea, esa otra parte de energía es igual a la variación de energía (ΔU) del sistema. Si la variación de energía fuese 0 (ΔU = 0) el sistema utilizó toda la energía en forma de trabajo.

ΔU= Q – t

Así tenemos enunciada la primera ley de la termodinámica:

“La variación de energía interna ΔU de un sistema, es igual a la diferencia entre el calor Q intercambiado con el medio externo y el trabajo t por el realizado durante la transformación”

Aplicando la ley de conservación de energía, tenemos:

ΔU= Q – t ó Q = ΔU + t

Siendo Q la Cantidad de calor intercambiado con el medio:

Q > 0 el sistema recibe calor;

Q < 0 el sistema pierde calor.

Siendo ΔU la variación de energía interna del gas:

ΔU > 0 la energía interna aumenta, por lo tanto su temperatura aumenta;

ΔU < 0 la energía interna disminuye, por tanto su temperatura disminuye.

Siendo t la Energía que el gas intercambia con el medio bajo la forma de trabajo

t > 0 el gas provee energía al medio, por tanto el volumen aumenta

t < 0 el gas recibe energía del medio, por tanto el volumen disminuye