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Primera ley de la termodinámica
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La primera ley de la termodinámica establece que la energía se conserva y se compone de dos partes: una asociada al trabajo y otra al calor. A diferencia del trabajo, esta última parte no puede transformarse completamente en trabajo, lo que limita las conversiones energéticas posibles.
ID:(1398, 0)
Presión y trabajo
Cita
Consideremos un gas en un cilindro en el cual se puede desplazar un pistón. Si se desplaza el pistón, es posible reducir el volumen comprimiendo el gas. Para realizar esta compresión se requiere de energía, la cual es igual a la fuerza ejercida por el gas multiplicada por la distancia que recorre el pistón. Esta energía también puede representarse en función de la presión, ya que ésta se define por la fuerza y la superficie del pistón.
El trabajo puede realizarse sobre el sistema (compresión) o por el sistema sobre el medio externo (expansión).
Dado que la fuerza mecánica ($F$) dividida por la sección ($S$) es igual a la presión ($p$):
| $ p \equiv\displaystyle\frac{ F }{ S }$ |
y la variación del volumen ($\Delta V$) con el camino recorrido ($dx$) es igual a:
| $ \Delta V = S \Delta s $ |
La ecuación para el diferencial inexacto del trabajo ($\delta W$) se puede expresar como:
| $ \delta W = F dx $ |
Así que puede ser escrita como:
| $ \delta W = p dV $ |
ID:(11126, 0)
Primera ley de la termodinámica
Descripción
La primera ley de la termodinámica establece que la energía se conserva y se compone de dos partes: una asociada al trabajo y otra al calor. A diferencia del trabajo, esta última parte no puede transformarse completamente en trabajo, lo que limita las conversiones energéticas posibles.
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Ecuaciones
(ID 3202)
Dado que la fuerza mecánica ($F$) dividida por la sección ($S$) es igual a la presión ($p$):
| $ p \equiv\displaystyle\frac{ F }{ S }$ |
y la variación del volumen ($\Delta V$) con el camino recorrido ($dx$) es igual a:
| $ \Delta V = S \Delta s $ |
La ecuaci n para el diferencial inexacto del trabajo ($\delta W$) se puede expresar como:
| $ \delta W = F dx $ |
As que puede ser escrita como:
| $ \delta W = p dV $ |
(ID 3468)
(ID 3469)
Dado que el diferencial de la energía interna ($dU$) se relaciona con el diferencial inexacto del calor ($\delta Q$) y el diferencial inexacto del trabajo ($\delta W$) como se muestra a continuaci n:
| $ dU = \delta Q - \delta W $ |
Y sabiendo que el diferencial inexacto del trabajo ($\delta W$) est relacionado con la presión ($p$) y la variación del volumen ($\Delta V$) de la siguiente manera:
| $ \delta W = p dV $ |
Entonces podemos concluir que:
| $ dU = \delta Q - p dV $ |
(ID 3470)
(ID 15700)
(ID 15701)
Ejemplos
La primera ley de la termodin mica, o ley de conservaci n de la energ a, establece que la energ a no puede ser creada ni destruida en un sistema aislado; solo puede ser transferida o transformada. Este principio afirma que la energ a total de un sistema aislado permanece constante. En t rminos pr cticos, esto significa que el cambio en la energ a interna de un sistema es igual al calor a adido al sistema menos el trabajo realizado por el sistema. La energ a interna abarca la energ a total dentro de un sistema, incluyendo la energ a cin tica y potencial a nivel molecular. El calor es la energ a transferida entre sistemas debido a una diferencia de temperatura, mientras que el trabajo es la energ a transferida cuando una fuerza se aplica sobre una distancia, a menudo relacionada con cambios de volumen en los gases. La primera ley es fundamental para analizar la eficiencia de los motores t rmicos, el rendimiento de los sistemas de refrigeraci n y calefacci n, y para entender los procesos metab licos en los sistemas biol gicos. Proporciona una base para comprender las transferencias y transformaciones de energ a en diversos procesos f sicos, asegurando que la energ a dentro de un sistema aislado siempre se conserve.
(ID 15250)
La primera ley de la termodin mica establece que la energ a siempre se conserva.
Mientras que en la mec nica se enuncia una conservaci n similar restringida a sistemas no disipativos (por ejemplo, excluyendo el rozamiento), en la termodin mica se generaliza considerando no solo el trabajo mec nico, sino tambi n el calor generado o absorbido por el sistema.
En este sentido, la conservaci n de la energ a postulada en la termodin mica no tiene restricciones y es aplicable a todos los sistemas, siempre y cuando se consideren todos los intercambios y conversiones de energ a posibles.
(ID 37)
Consideremos un gas en un cilindro en el cual se puede desplazar un pist n. Si se desplaza el pist n, es posible reducir el volumen comprimiendo el gas. Para realizar esta compresi n se requiere de energ a, la cual es igual a la fuerza ejercida por el gas multiplicada por la distancia que recorre el pist n. Esta energ a tambi n puede representarse en funci n de la presi n, ya que sta se define por la fuerza y la superficie del pist n.
El trabajo puede realizarse sobre el sistema (compresi n) o por el sistema sobre el medio externo (expansi n).
Dado que la fuerza mecánica ($F$) dividida por la sección ($S$) es igual a la presión ($p$):
| $ p \equiv\displaystyle\frac{ F }{ S }$ |
y la variación del volumen ($\Delta V$) con el camino recorrido ($dx$) es igual a:
| $ \Delta V = S \Delta s $ |
La ecuaci n para el diferencial inexacto del trabajo ($\delta W$) se puede expresar como:
| $ \delta W = F dx $ |
As que puede ser escrita como:
| $ \delta W = p dV $ |
(ID 11126)
(ID 15309)
ID:(1398, 0)