Primera Ley de la Termodinámica
Summary
TLDREl primer principio de la termodinámica, esencial para entender la energía interna y su relación con el movimiento molecular en los sistemas. La energía interna, representada por la letra 'U', puede cambiar de un estado a otro a través de la transferencia de calor y el trabajo realizado por el sistema. La primera ley de la termodinámica establece que la energía no se puede crear ni destruir, solo se transforma. Este concepto se aplica a diferentes procesos termodinámicos, como los adiabáticos (sin intercambio de calor), isocóricos (sin cambio de volumen y, por tanto, sin trabajo), isobáricos (presión constante) y isotérmicos (temperatura constante). Cada proceso tiene implicaciones sobre cómo fluye la energía en forma de calor y trabajo, y cómo esto afecta el cambio de energía interna del sistema. El vídeo ofrece una visión clara de estos conceptos fundamentales y motiva a los espectadores a profundizar en la termodinámica.
Takeaways
- 🔍 La primera ley de la termodinámica se relaciona con el principio de conservación de energía, que indica que la energía no se puede crear ni destruir, solo cambiar de forma.
- 🌡️ La energía interna de un sistema es una de las nociones fundamentales en termodinámica y está asociada con el movimiento cinético a nivel molecular.
- 📈 La energía interna (U) de un sistema puede cambiar de un estado a otro, y su cambio se denota como ΔU, que es igual al calor (Q) ingresado menos el trabajo (W) realizado por el sistema.
- ⚙️ El trabajo realizado por el sistema y el calor transferido son dos formas diferentes en que la energía puede interactuar con un sistema termodinámico.
- ↔️ El signo de Q (calor) y W (trabajo) depende de la dirección de la transferencia de energía: calor entrante (Q+) y trabajo realizado por el sistema (W-).
- 🔥 Un ejemplo simple muestra que si 150 julios de energía en forma de calor son suministrados y el sistema realiza 100 julios de trabajo, el incremento de energía interna es de 51 julios.
- 🚫 En un proceso adiabático, no hay intercambio de calor entre el sistema y su entorno, por lo que Q = 0 y el cambio de energía interna es igual al trabajo con signo negativo.
- 🔩 En un proceso isocórico, el volumen del sistema es constante, lo que significa que no habrá cambio de volumen y, por lo tanto, no se realizará trabajo (W = 0), y todo el calor ingresado se convierte en energía interna.
- 📉 En un proceso isobárico, la presión se mantiene constante y el trabajo realizado depende de la presión y el cambio de volumen del sistema.
- 🌡️ En un proceso isotérmico, la temperatura del sistema permanece constante, y para los gases ideales, el cambio de energía interna es cero, lo que significa que el calor ingresado es igual al trabajo realizado.
- 🔄 La energía interna puede cambiar de forma, pero la suma total de energía en un sistema cerrado permanece constante, reflejando el principio de conservación de energía.
Q & A
¿Qué es la energía interna en términos de la termodinámica?
-La energía interna es uno de los conceptos más importantes en la termodinámica y se refiere a la suma de todas las formas de energía a nivel microscópico en un sistema. Esto incluye el movimiento cinético a nivel molecular, que es la fuente de la energía interna en cualquier objeto.
¿Cómo se denota el cambio de energía interna de un sistema?
-El cambio de energía interna de un sistema se denota como ΔU, y se calcula como el calor que entra al sistema (Q) menos el trabajo que realiza el sistema (W), es decir, ΔU = Q - W.
¿Qué dice la primera ley de la termodinámica sobre la energía?
-La primera ley de la termodinámica, también conocida como el principio de conservación de energía, establece que la energía no se puede crear ni destruir durante un proceso; solo puede cambiar de forma.
¿Cómo afecta el calor adicionado a un sistema su energía interna?
-Si se agrega calor a un sistema, su energía interna cambiará. Parte de ese calor puede usarse para realizar trabajo, y el incremento de energía interna será la diferencia entre el calor suministrado y el trabajo realizado por el sistema.
¿Cuál es la relación entre el trabajo y la energía interna en un proceso adiabático?
-En un proceso adiabático, no hay intercambio de calor con el entorno, por lo que el cambio de energía interna es igual al trabajo con signo negativo, lo que significa que el trabajo es realizado sobre el sistema.
¿Qué ocurre en un proceso isocórico si no hay cambio en el volumen del sistema?
-En un proceso isocórico, el volumen del sistema es constante, lo que implica que no hay trabajo realizado (W = 0). Por lo tanto, todo el calor que entra al sistema se convierte en energía interna.
¿Cómo se relaciona el trabajo en un proceso isobárico con la presión y el volumen del sistema?
-En un proceso isobárico, donde la presión es constante, el trabajo realizado depende de la presión y del cambio de volumen del sistema. El trabajo se calcula multiplicando la presión por la diferencia de volumen (W = P × ΔV).
¿Qué sucede con la energía interna en un proceso isotérmico?
-En un proceso isotérmico, la temperatura del sistema permanece constante. Para los gases ideales, la energía interna depende únicamente de la temperatura, por lo que si la temperatura es constante, el cambio de energía interna es cero, y el calor es igual al trabajo.
¿Cómo afecta el trabajo realizado por un sistema el signo de su energía interna?
-Cuando el sistema realiza trabajo contra el entorno, el trabajo tiene signo positivo y esto puede resultar en una disminución de la energía interna del sistema. El signo del trabajo en la ecuación de la primera ley de la termodinámica es importante ya que el trabajo se muestra con signo negativo.
¿Cómo se determina el signo del calor y del trabajo en una ecuación termodinámica?
-El signo del calor y del trabajo depende de su dirección. Cuando el calor fluye hacia el sistema, tiene signo positivo, y cuando fluye fuera del sistema, tiene signo negativo. El trabajo tiene signo positivo cuando el sistema realiza trabajo contra el entorno y signo negativo cuando se realiza trabajo sobre el sistema.
¿Qué implica que el cambio de energía interna sea cero en un proceso termodinámico?
-Un cambio de energía interna de cero implica que todo el calor que ingresa al sistema se convierte en trabajo o viceversa, y no hay un acumulo de energía interna en el sistema.
Outlines
🔥 Primera Ley de la Termodinámica y Energía Interna
Este párrafo introduce la primera ley de la termodinámica, enfocándose en la energía interna como concepto fundamental. La energía interna está relacionada con el movimiento cinético a nivel molecular y su suma se denota con la letra 'U'. Se describe que todo objeto tiene energía interna debido a dicho movimiento. La ley establece que la energía no se puede crear ni destruir, sino transformar. La ecuación muestra que el cambio de energía interna es igual al calor ingresado menos el trabajo realizado por el sistema. Se discute cómo el calor y el trabajo afectan la energía interna y cómo estos pueden tener signos positivos o negativos dependiendo de la dirección de su flujo. Se da un ejemplo sencillo para ilustrar cómo la energía se transforma y no se crea ni se destruye.
🔧 Procesos Termodinámicos y su Relación con la Energía
Este párrafo explora diferentes tipos de procesos termodinámicos y su efecto en la energía interna. Se describe el proceso adiabático, donde no hay intercambio de calor con el entorno, lo que hace que el calor en la ecuación sea cero y, por lo tanto, el cambio de energía interna sea igual al trabajo con signo negativo. En el proceso isocórico, el volumen del sistema es constante, y no hay trabajo, lo que hace que el calor sea igual al cambio de energía interna. Se mencionan también los procesos isobárico y isotérmico, donde la presión y la temperatura son constantes, respectivamente. En estos casos, el trabajo se relaciona con la presión y el cambio de volumen, y si la temperatura es constante, el calor es igual al trabajo. El párrafo concluye destacando cómo la primera ley de la termodinámica abarca múltiples variables y conceptos.
Mindmap
Keywords
💡Primera Ley de la Termodinámica
💡Energía Interna
💡Trabajo
💡Calor
💡Signo del Trabajo
💡Proceso Adiabático
💡Proceso Isotérmico
💡Presión
💡Proceso Isobárico
💡Conservación de Energía
💡Ecuación de la Energía Interna
Highlights
La primera ley de la termodinámica se relaciona con el principio de conservación de energía.
La energía interna es un concepto fundamental en termodinámica, relacionada con la estructura molecular y el movimiento cinético a nivel molecular.
La energía interna de un sistema se denota con la letra 'U' y puede cambiar entre estados.
El cambio de energía interna es igual al calor ingresado menos el trabajo realizado por el sistema.
El calor es una forma de energía que puede afectar el cambio de energía interna de un sistema.
El trabajo realizado por un sistema tiene un impacto en su energía interna y puede ser positivo o negativo dependiendo de su dirección.
La energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma, lo que se demuestra con la energía ingresada como calor y el trabajo realizado.
El cambio de energía interna puede ser positivo, negativo o cero dependiendo de la cantidad de calor y trabajo involucrados.
En un proceso adiabático, no hay intercambio de calor entre el sistema y su entorno, haciendo que el calor sea cero.
Un proceso isocórico implica que el volumen del sistema es constante, lo que significa que no hay trabajo realizado.
En un proceso isobárico, la presión permanece constante y el trabajo depende de la presión y el cambio de volumen.
La energía interna en un proceso isotérmico, donde la temperatura es constante, también permanece constante.
La presión es una variable importante en la termodinámica, especialmente en procesos donde el volumen cambia.
El trabajo en un proceso isobárico se puede calcular multiplicando la presión por la diferencia de volumen.
La temperatura es una variable fundamental en la termodinámica, especialmente para los gases ideales.
En un sistema termodinámico, la forma en que fluye el calor y el trabajo determina el signo que se utilizará en las ecuaciones.
Los procesos termodinámicos varían en su energía interna, trabajo y calor dependiendo de las condiciones del proceso.
El análisis de los procesos termodinámicos permite entender cómo la energía se transforma y se conserva en diferentes sistemas.
Transcripts
ah
primera ley de la termodinámica
cuando hablamos de la primera ley de la
termodinámica nos tenemos que detener un
poco para hablar acerca de la energía
interna que es uno de los conceptos más
importantes de la termodinámica la
energía interna tiene que ver con todo
lo que ocurre con los cuerpos o sistemas
hablando en forma microscópica esta
energía tiene que ver con la estructura
molecular de un sistema entonces la suma
de todas formas de energía microscópica
de un sistema se denominará energía
interna se dice que todos los objetos
tienen energía interna debido a que
dentro de ellos es decir a nivel
molecular hay movimiento cinético que
genera energía
para referenciar a la energía interna se
usa la letra bu
cuando en termodinámica estudiamos los
cambios de un sistema la energía interna
podrá cambiar su valor del estado uno al
estado 2 este cambio se denota de la
siguiente forma
como un sistema intercambia calor con
otro o los alrededores ocurre una
transferencia de calor y sabemos que el
calor es una forma de energía entonces
si a un sistema se le agrega calor este
va a hacer que la energía interna del
sistema cambie pero además puede que
esta energía genere un trabajo
entonces por medio de esta ecuación
podemos decir que el cambio de energía
interna va a ser igual al calor que
entra
- el trabajo que efectúa el sistema y
reacomodando la ecuación nos queda de la
siguiente manera
donde únicamente se cambia de lugar el
trabajo de signo negativo pasa positivo
la primera ley de la termodinámica nos
habla sobre una generalización sobre el
principio de conservación de energía es
decir la energía no se puede crear ni
destruir durante un proceso solo puede
cambiar de forma
es decir si tenemos un sistema al cual
se le suministran 150 jules de energía
en forma de calor y esto hizo que el
sistema realizará un trabajo de 100
jules el incremento de energía interna
es la resta del calor suministrado menos
el trabajo realizado por el sistema que
el sistema tiene un cambio de energía
interna de 51 este ejemplo aunque es muy
sencillo explica cómo la energía que
entra en forma de calor una parte se usa
en el trabajo y otras se queda en el
sistema entonces la energía no se crea
ni se destruye sólo se transforma
cuando estudiamos un sistema
termodinámico debemos de tener cuidado
como fluye el calor y el trabajo ya que
de eso dependerá el signo que se utilice
cuando el calor fluye hacia el sistema
entonces tiene signo positivo porque
entra calor y un valor positivo para el
trabajo es cuando se realiza un trabajo
por el sistema contra el entorno como en
este ejemplo donde entra calor y este
tiene el signo positivo este calor hace
que el sistema realiza un trabajo que
también tiene signo positivo
podrá parecer un poco extraño que
digamos el signo del trabajo es positivo
cuando el sistema realiza el trabajo
pues al hacer este trabajo se pierde
energía y aunque eso es cierto en
termodinámica es más conveniente usar
este signo debido a que la ecuación
tiene de por medio el signo negativo en
el trabajo por lo tanto ahí es cuando el
signo cambiará para hacer esto más claro
veamos el siguiente sistema
[Música]
donde la flecha del trabajo nos indica
que se realizó un trabajo hacia el
sistema por lo tanto tendrá signo
negativo y ese trabajo hizo que el
sistema se diera calor a los alrededores
esto lo sabemos porque la flecha del
calor va del sistema hacia afuera y ese
calor que se liberó fueron 150 jules con
signo negativo porque se pierde energía
del sistema al querer saber cómo es el
cambio de energía interna usamos la
ecuación de la primera ley de la
termodinámica
vemos que el cambio de energía interna
fue negativo esto quiere decir que parte
de la energía interna se transformó en
calor que se liberó hacia los
alrededores
en un proceso termodinámico el cambio de
energía interna puede ser positivo
negativo o 0 es positivo cuando el
sistema se le agrega más calor que el
trabajo que ejecuta como en el sistema
uno es negativo cuando sale más calor
que trabajo efectuado hacia el sistema
como en el sistema 2 y es 0 cuando todo
el calor que atrás se convierte en
trabajo o viceversa como es en el último
ejemplo
donde al sistema 3 entran 150 jules de
calor y salen 150 jules de trabajo como
toda la energía que entró se transformó
en trabajo no hay un cambio de energía
interna por lo tanto su valor es cero
ya vimos que el cambio de energía
interna puede tener signo positivo o
negativo e incluso ser cero y ya vimos
que el calor y el trabajo pueden tener
valores positivos o negativos
dependiendo de su dirección pero también
podrían ser cero y esto se puede saber
de acuerdo a en qué tipo de proceso
termodinámico está el sistema
empezaremos con el proceso a diabético
en este proceso no entra ni sale calor
del sistema en este proceso se dice que
hay una pared impide el intercambio de
calor del sistema con los alrededores
por lo que aquí el calor es igual a cero
por lo tanto de la ecuación original
como el calor vale cero queda como que
el cambio de energía interna es igual al
trabajo con signo negativo
[Música]
en un proceso histórico el volumen del
sistema será constante esto quiere decir
que el sistema no podrá expandirse o
contraerse por lo tanto se dice que no
habrá trabajo realizado entonces la
ecuación original queda como que el
calor será igual al cambio de energía
interna es decir todo el calor que entra
al sistema se convertirá en energía
interna porque no hay trabajo donde se
pierda energía en estos dos procesos ya
vimos que el valor del calor para el
proceso dramático es cero y para el
proceso histórico el trabajo es cero sin
embargo hay dos procesos más que son muy
importantes mencionar uno de ellos es el
proceso y sobar y ccoo donde la presión
es constante
hasta ahorita no se había mencionado la
presión como variable para la ecuación
de la primera ley de la termodinámica
pero la presión está relacionada con el
trabajo ya que como dijimos que cuando
hay un trabajo aumenta o disminuir el
volumen pero en el proceso hiso baricco
como la presión no cambia al efectuarse
algún trabajo habrá cambio de volumen
para mantener la presión igual entonces
el trabajo dependerá de la presión y del
cambio de volumen del sistema y en este
proceso vemos que el trabajo se puede
determinar multiplicando la presión por
la diferencia de volúmenes y aquí vemos
que no cambia la ecuación original
finalmente tenemos al proceso isotérmico
donde aquí la temperatura permanece
constante
al igual que la presión la temperatura
es una variable fundamental para la
termodinámica y en algunos casos
específicamente para los gases ideales
la energía interna depende únicamente de
la temperatura en estos sistemas si la
temperatura es constante entonces el
cambio de energía interna será cero por
lo que el calor será igual al trabajo
como hemos visto conforme hemos ido
avanzando en el tema van saliendo nuevas
variables y nuevos conceptos que
comprenden la primera ley de la
termodinámica
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