recordar que
Q
se considera positiva cuando el calor entra al sistema y que
W
será
positivo cuando el trabajo lo hace el sistema.
A la función interna
U
, se puede ver como muy abstracta en este momento. En
realidad, la termodinámica clásica no ofrece una explicación para ella, además que es una
función de estado que cambia en una forma predecible. ( Por función del estado, queremos
decir, que exactamente, que su valor depende solo del estado físico del material: su
constitución, presión, temperatura y volumen.) La primera ley de la termodinámica, se
convierte entonces en un enunciado de la ley de la conservación de la energía para los
sistemas termodinámicos.
La energía total de un sistema de partículas
(U
)
, cambia en una cantidad
exactamente igual a la cantidad que se le agrega al sistema, menos la cantidad que se le
quita.
Podrá parecer extraño que consideremos que
Q
sea positiva cuando el calor entra
al sistema y que
W
sea positivo cuando la energía sale del sistema como trabajo. Se llegó
a esta convención, porque fue el estudio de las máquinas térmicas lo que provocó
inicialmente el estudio de la termodinámica. Simplemente es una buena forma económica
tratar de obtener el máximo trabajo con una maquina de este tipo, y minimizar el calor que
debe proporcionársele a un costo importante. Estas naturalmente se convierten en
cantidades de interés.
Si nuestro sistema sólo sufre un cambio infinitesimal en su estado, se absorbe nada
más una cantidad infinitesimal de calor
dQ y se hace solo una cantidad infinitesimal de
trabajo
dW
, de tal manera que el cambio de energía interna
dU
también es infinitesimal.
Aunque
dW
y
dQ
no son diferencias verdaderas, podemos escribir la primera ley diferencial
en la forma:
dU
dQ
dW
=
-
.
Podemos expresar la primera ley en palabras diciendo: Todo sistema termodinámico
en un estado de equilibrio, tiene una variable de estado llamada energía interna
U
cuyo
cambio
dU
en un proceso diferencial está dado por la ecuación antes escrita.
La primera ley de la termodinámica se aplica a todo proceso de la naturaleza que
parte de un estado de equilibrio y termina en otro. Decimos que si un sistema esta en
estado de equilibrio cuando podemos describirlo por medio de un grupo apropiado de
parámetros constantes del sistema como presión ,el volumen, temperatura, campo
magnético y otros la primera ley sigue verificándose si los estados por los que pasa el
sistema de un estado inicial (equilibrio), a su estado final (equilibrio), no son ellos mismos
estados de equilibrio. Por ejemplo podemos aplicar la ley de la termodinámica a la explosión
de un cohete en un tambor de acero cerrado.
Hay algunas preguntas importantes que no puede decir la primera ley. Por ejemplo,
aunque nos dice que la energía se conserva en todos los procesos, no nos dice si un
proceso en particular puede ocurrir realmente. Esta información nos la da una generalización
enteramente diferente, llamada segunda ley de la termodinámica, y gran parte de los temas
de la termodinámica dependen de la segunda ley.
Segunda ley de la termodinámica.
Las primeras máquinas térmicas construidas, fueron dispositivos muy eficientes. Solo
una pequeña fracción del calor absorbido de la fuente de la alta temperatura se podía
convertir en trabajo útil. Aun al progresar los diseños de la ingeniería, una fracción
