Notas de F´ısica General Cursos propedeúticos INAOE

2.4. Primera ley de la termodinámica: calor y energía
2.4.1. Trabajo termodinámico
La energía interna de un sistema termodinámico puede alterarse al realizar
sobre él un trabajo mecánico, W. En un sistema mecánico la energía total
del mismo es constante bajo fuerzas conservativos, Emec = Ecin + Epot =
constante, o ∆Emec = 0. Si el sistema está bajo la influencia de fuerzas no
conservativas, como son las fuerzas de fricción, la energía mecánica cambia
de acuerdo a ∆Emec = W, siendo
W =
F · dr, (2.7)
el trabajo realizado por la fuerza no conservativa. En términos diferenciales
escribimos d − W en vez de dW para denotar que el trabajo realizado no depende
de los estados inicial y final, sino de la trayectoria de integración. En
la generalización termodinámica el d − W indica que el trabajo realizado no
depende de los estados inicial y final sino del tipo de proceso (cuasi estático
o no cuasi estático).
El trabajo mecánico puede generalizarse a distintos tipos de trabajo
termodinámico capaces de alterar la energía total del sistema:
Trabajo mecánico
Si consideramos un sistema que ocupa un volumen V el cual es modificado
en dV al ejercer sobre él una presión p podemos ver que
d − W = Fi · dri = p dA ˆni · dri = p dV ,
siendo dri el desplazamiento diferencial de un elemento de área dA en
su frontera de normal ni ⊥ dri. Bajo la convención de que el trabajo
es positivo cuando es realizado sobre el sistema, por ejemplo al comprimirlo
(dV > 0) se redefine el trabajo mecánico como d − W = −pdV .
Trabajo eléctrico
Un campo eléctrico E realiza trabajo sobre un dipolo eléctrico p al
modificarlo de acuerdo a
d − W = E · dp .
Trabajo magnético
Un campo magnético H realiza trabajo sobre un dipolo magnético m
al modificarlo de acuerdo a
d − W = H · dm .
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