Concepto de trabajo, volumen y calor y la primera ley de la termodinámica
Presentación del tema
Bienvenido a la primera clase de la primera ley de la termodinámica, pero antes de eso es necesario tener claro algunos conceptos, por ejemplo, trabajo, volumen y calor. Términos necesarios para poder entender la primera ley.
La primera ley de la termodinámica incluye el término de trabajo, calor y energía interna. Si observa la ecuación, es una simple suma 🡪 El cambio total de energía es igual a la suma del trabajo más el intercambio de calor. El gran problema aquí no es realizar la suma, sino, identificar el tipo de trabajo que se está llevando a cabo, identificar el tipo de fenómeno de transferencia de calor que se está llevando a cabo y llevar a cabo el cálculo de ambos términos empleando el modelo matemático que represente el fenómeno. Este es el verdadero reto cuando se emplea la primera ley de la termodinámica.
Esta sección será la introducción a la primera ley de la termodinámica.
La primera ley de la termodinámica. En esta uniremos los términos de calor, trabajo y sistemas termodinámico, además de introducir la energía interna. Entonces, la energía total, el trabajo y calor son los términos que conformar la primera ley de la termodinámica. Esta primera ley es la conservación de energía, ley que regularmente se recita sin reparar y al ver que es una suma, se piensa que es muy sencillo de resolver. Quizá resolver la suma no tenga un mayor problema, pero sí el conocer cada término de ella, ya que estos se podrán obtener de acuerdo con el fenómeno que se describe.
Pero antes de entrar en la explicación de la primera ley, es necesario conocer y comprender los tipos de variables y que son las funciones de estado y de trayectoria. Esto nos facilitará la comprensión y la forma de cómo se puede abordar la comprensión y análisis de problemas sobre la primera ley de la termodinámica.
¡Iniciamos!
Objetivo didáctico de la clase
Conocer y comprender el significado físico de trabajo y trabajo, los términos involucrados en la primera ley y su interpretación en problemas de ingeniería química.
Contenido didáctico
A continuación, se presenta el contenido didáctico de acceso abierto o institucional para profundizar en el tema.
| No. | Nombre del recurso | Sinopsis | Tipo de recurso | Enlace Web |
|---|---|---|---|---|
| 1 | Sistemas termodinámicos | Explicación de los tipos de sistemas empleados en termodinámica | Video | [Acceder] |
| 2 | Calor y trabajo. Referencia: Chang R. Fisicoquímica, Tercera edición. | Sección de libro con contenido sobre el tema de trabajo y calor. | Archivo | [Acceder] |
| 3 | Presión, trabajo y volumen | Video que explica la obtención de la ecuación del trabajo de expansión | Video | [Acceder] |
| 4 | Procesos de transferencia de calor | Video donde se explica los procesos de transferencia de calor | Video | [Acceder] |
| 5 | Conceptos de calor y trabajo | Video donde explica calor y trabajo | Video | [Acceder] |
| 6 | Tipos de variables y funciones de estado | Material donde explica los tipos de variables, funciones de estado y trayectoria. Términos de gran importancia de en los problemas de primera ley | Video | [Acceder] |
| 7 | Energía interna. Referencia: Chang R. Fisicoquímica, Tercera edición. | El contenido de este recurso explica la energía interna empleando la sección de un libro de texto | Archivo | [Acceder] |
| 8 | ¿qué es la energía interna? | Video que explica la energía interna de manera didáctica | Video | [Acceder] |
| 9 | Primera ley de la termodinámica. Referencia: Chang R. Fisicoquímica, Tercera edición. | Sección de libro del tema de la primera ley de la termodinámica | Archivo | [Acceder] |
| 10 | La primera ley de la termodinámica | Video y explicación breve sobre la primera ley de la termodinámica | Video | [Acceder] |
| 11 | Problemas resueltos de la primera ley de la termodinámica | Video de problemas resueltos. En el video usan coma en lugar de punto | Video | [Acceder] |
Material didáctico complementario
| No. | Nombre del recurso | Sinopsis | Tipo de recurso | Enlace Web |
|---|---|---|---|---|
| 1 | Teoría sobre trabajo y calor | Material complementario del tema: Levine, I.N. (2004) Fisicoquímica Vol. 1. | Archivo | [Acceder] |
| 2 | Tipos de sistemas | Video que explica los tipos de sistemas y sus características | Video | [Acceder] |
| 3 | Primera ley de la termodinámica | Material complementario del tema: Levine, I.N. (2004) Fisicoquímica Vol. 1. | Archivo | [Acceder] |
Resumen e ideas relevantes de la clase digital
A continuación, te invito a que te hagas estas preguntas y reflexiones sobre el tema que se ha desarrollado.
- ¿para qué me sirve saber el tipo de sistema termodinámico con el que se está trabajando?
- ¿qué significa el trabajo de expansión?
- ¿cuáles son los procesos de transferencia de calor?
Es importante enfatizar que conocer los tipos de sistemas termodinámicos facilitará la solución de problemas, ya que cada uno de ellos tiene información implícita, por ejemplo, en un sistema cerrado, la cantidad de materia se mantendrá al inicio y final del proceso, el sistema adiabático la cantidad de calor transferido entre el sistema y sus alrededores será cero, en un sistema rígido el trabajo de expansión es cero, etc. En principio eso nos podrá dar información si existe o no un trabajo o fenómeno de transferencia de calor del sistema con sus alrededores.
En esta sección también analizamos los tipos de variables, comprendimos que es un estado termodinámico y que son las funciones de trayectoria. Conocimiento necesario que facilitará la comprensión y solución de los problemas en termodinámica.
La primera ley de la termodinámica en enfoca en describir la ley de conservación de energía y está dado por la ecuación:
para un sistema simple. Si se emplea el concepto de sistema, es posible observar que el sistema está dado por el término del cambio de energía interna, la cual está en función de la sustancia, el tipo de estado de agregación, temperatura y presión. En el caso de los alrededores, estos están representados por los términos de calor y trabajo, ya que es a través de esta interacción que el sistema tiene un posible cambio desde el estado inicial al estado final. En el caso del sistema, los cambios se analizan desde el punto de vista macroscópico ya que se analiza el cambio de la energía interna y esta es función del movimiento de las moléculas. En el caso de los alrededores, es posible mencionar que estos cambios son del tipo macroscópicos ya que son aquellos que se cuantifican desde lo general.
Se espera que hayas tenido un buen aprendizaje sobre la importancia de la primera ley de la termodinámica.