Como se define el primer principio?

Elprimer principio de la termodinámicaoprimera ley de la termodinámica1es un principio que refleja laconservación de la energíaen el contexto de latermodinámica.

Más específicamente el principio se puede formular como : En un sistema cerradoadiabático(que no hay intercambio de calor con otros sistemas o su entorno, como si estuviera aislado) que evoluciona de un estado inicial{ \ displaystyle { \ mathcal {A}}}a otro estado final{ \ displaystyle { \ mathcal {B}}}, el trabajo realizado no depende ni del tipo detrabajoni del proceso seguido.

Más formalmente, esteprincipiose descompone en dos partes ; El «principio de la accesibilidad adiabática» : El conjunto de los estados de equilibrio a los que puede acceder unsistema termodinámicocerrado es, adiabáticamente, unconjunto simplemente conexo.

Y un «principio de conservación de la energía» : Eltrabajode la conexión adiabática entre dos estados de equilibrio de un sistema cerrado depende exclusivamente de ambos estados conectados.

Este enunciado supone formalmente definido el concepto detrabajo termodinámico, y sabido que los sistemas termodinámicos sólo pueden interaccionar de tres formas diferentes (interacción másica, interacción mecánica e interacción térmica).

En general, el trabajo es unamagnitud físicaque no es una variable de estado del sistema, dado que depende del proceso seguido por dicho sistema.

Este hecho experimental, por el contrario, muestra que para los sistemas cerrados adiabáticos, el trabajo no va a depender del proceso, sino tan solo de los estados inicial y final.

En consecuencia, podrá ser identificado con la variación de una nueva variable de estado de dichos sistemas, definida comoenergía interna.

Se define entonces la energía interna, { \ displaystyle U}, como una variable de estado cuya variación en un proceso adiabático es el trabajo intercambiado por el sistema con su entorno : { \ displaystyle \ Delta U = - W}(W del proceso adiabático)Cuando el sistema cerrado evoluciona del estado inicial A al estado final B pero por un proceso no adiabático, la variación de la Energía debe ser la misma, sin embargo, ahora, el trabajo intercambiado será diferente del trabajo adiabático anterior.

La diferencia entre ambos trabajos debe haberse realizado por medio de interacción térmica.

Se define entonces la cantidad de energía térmica intercambiadaQ(calor) como : { \ displaystyle Q = \ Delta U + W \ , }SiendoUla energía interna, Qel calor yWel trabajo.

Porconvenio, Q es positivo si va del ambiente al sistema, o negativo en caso contrario y W, es positivo si es realizadoporel sistema y negativo si es realizadosobreel sistema.

Esta definición suele identificarse con la ley de laconservación de la energíay, a su vez, identifica elcalorcomo una transferencia deenergía.

Es por ello que la ley de la conservación de la energía se utilice, fundamentalmente por simplicidad, como uno de los enunciados de la primera ley de la termodinámica : La variación deenergíade unsistema termodinámicocerrado es igual a la diferencia entre la cantidad decalory la cantidad detrabajointercambiados por el sistema con sus alrededores.

En su forma matemática más sencilla se puede escribir para cualquier sistema cerrado : { \ displaystyle \ Delta U = Q - W \ , }donde : { \ displaystyle \ Delta U \ , }es la variación de energía del sistema, { \ displaystyle Q \ , }es el calor intercambiado por el sistema a través de unas paredes bien definidas, y{ \ displaystyle W \ , }es el trabajo intercambiado por el sistema a sus alrededores.