Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

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ENERGÍA, TRANSFERENCIA DE ENERGÍA
ción de un desplazamiento generalizado x. Entonces, el trabajo relacionado
con el desplazamiento diferencial bajo la influencia de esa fuerza se determina
a partir de dW Fdx.
Algunos ejemplos de modos no mecánicos de trabajo son el trabajo eléctrico,
en el que la fuerza generalizada es el voltaje (el potencial eléctrico) y
el desplazamiento generalizado es la carga eléctrica como se explicó antes; el
trabajo magnético, donde la fuerza generalizada es la intensidad del campo
magnético y el desplazamiento generalizado es el momento dipolar magnético,
y el trabajo de polarización eléctrica en el que la fuerza generalizada es la
intensidad de campo eléctrico y el desplazamiento generalizado es la polarización
del medio (la suma de los momentos dipolares eléctricos de rotación de
las moléculas). El tratamiento detallado de éstos y otros modos de trabajo no
mecánico se pueden encontrar en libros especializados.
2-6 ■ LA PRIMERA LEY DE LA
TERMODINÁMICA
Δz
m
m
EP 1 = 10 kJ
EC 1 = 0
EP 2 = 7 kJ
EC 2 = 3 kJ
FIGURA 2-39
La energía no se crea ni se destruye, sólo
cambia de forma.
Hasta el momento se han considerado por separado varias formas de energía
como el calor Q, el trabajo W y la energía total E, y no se ha hecho ningún
intento para relacionarlas entre sí durante un proceso. La primera ley de
la termodinámica, conocida también como el principio de conservación de la
energía, brinda una base sólida para estudiar las relaciones entre las diversas
formas de interacción de energía. A partir de observaciones experimentales, la
primera ley de la termodinámica establece que la energía no se puede crear ni
destruir durante un proceso; sólo puede cambiar de forma. Por lo tanto, cada
cantidad de energía por pequeña que sea debe justificarse durante un proceso.
Se sabe que una roca a una altura determinada posee cierta energía potencial,
y que parte de ésta se convierte en cinética cuando cae la roca (Fig. 2-39).
Los datos experimentales muestran que la disminución de energía potencial (mg
z) es exactamente igual al incremento en energía cinética 3m 1V 2 2 V 2 12>24
cuando la resistencia del aire es insignificante, con lo que se confirma el principio
de conservación de la energía para la energía mecánica.
Considere un sistema que experimenta una serie de procesos adiabáticos
desde un estado especificado 1 a otro estado 2. Al ser adiabáticos, es evidente
que estos procesos no tienen que ver con transferencia de calor, pero sí con
varias clases de interacción de trabajo. Las mediciones cuidadosas durante
estos experimentos indican lo siguiente: para todos los procesos adiabáticos
entre dos estados determinados de un sistema cerrado, el trabajo neto
realizado es el mismo sin importar la naturaleza del sistema cerrado ni los
detalles del proceso. Considerando que existe un número infinito de maneras
para llevar a cabo interacciones de trabajo en condiciones adiabáticas, el
enunciado anterior parece ser muy poderoso para tener implicaciones trascendentes.
Este enunciado, basado en gran medida en los experimentos hechos
por Joule en la primera mitad del siglo XIX, no se puede extraer de ningún
otro principio físico conocido y se reconoce como principio fundamental o
primera ley de la termodinámica o sólo primera ley.
Una consecuencia importante de la primera ley es la existencia y definición
de la propiedad energía total E. Considerando que el trabajo neto es el mismo
para todos los procesos adiabáticos de un sistema cerrado entre dos estados
determinados, el valor del trabajo neto debe depender únicamente de los estados
iniciales y finales del sistema y por lo tanto debe corresponder al cambio
en una propiedad del sistema; esta propiedad es la energía total. Observe que