1.3 Primer principio de la Termodinámica
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Cuando un sistema evoluciona, su energía puede modificarse mediante dos mecanismos: intercambiando calor (Q) o por realización de trabajo (W). Esta variación se puede expresar como ΔU = Q + W. De acuerdo con el convenio de signos de la imagen, la energía comunicada al sistema desde el entorno se considera positiva, ya que hace aumentar la energía interna del sistema (ΔU>0), mientras que la energía cedida por el sistema es negativa, porque en ese caso ΔU<0. Esta expresión matemática es una forma de enunciado del primer principio de la Termodinámica.
Fíjate en que siempre hay la misma
cantidad de energía en el universo antes y después de la evolución del sistema, pero ha podido variar su distribución: si aumenta en el sistema, disminuye en el entorno, y al revés. Por esa razón se suele decir que la energía no se crea ni se
destruye, sino que solamente se transforma de unas formas a otras y se distribuye de unos sistemas a otros.
| ΔU > 0 | El sistema recibe energía | En forma de calor y/o trabajo |
| ΔU < 0 | El sistema cede energía | En forma de calor y/o trabajo |
| ΔU = 0 | El sistema mantiene su energía | Recibe calor y realiza trabajo, cede calor y recibe
trabajo o no intercambia calor ni trabajo |
Actividad
Evolución de sistemas aislados
Como en un sistema aislado no se puede intercambiar energía (es decir, Q=0 y W=0), su variación de energía interna es nula cuando evoluciona. Es decir, su energía interna se conserva.
Objetivos
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La masa y la energía
Cabría suponer que como en las reacciones nucleares aparece una enorme cantidad de energía y hay una muy pequeña disminución de la masa del sistema cerrado, dejaría de cumplirse el Primer Principio y podría suponerse un fallo en el mismo.
Pero ya Einstein resolvió el problema al encontrar una equivalencia entre la masa que desaparece y la energía producida, lo que permite continuar suponiendo válido el Primer Principio de la Termodinámica al extenderlo a la conservación del binomio masa-energía, de acuerdo con su famosa ecuación: