Menu

Termodinàmica.
Transformació de l'energia

Energia tèrmica i combustió.
Efectes de la termodinàmica

Entropia

Primera llei de la termodinàmica

Primera llei de la termodinàmica

La primera llei de la termodinàmica estableix que : "L'energia total d'un sistema aïllat ni es crea ni es destrueix, es manté constant". És un principi que reflecteix la conservació de l'energia.

L'energia només es transforma d'un tipus a un altre. Quan desapareix una classe d'energia s'ha de produir una quantitat equivalent d'una altra classe.

Un cos pot tenir certa velocitat. Tenir velocitat implica energia cinètica. Si perd velocitat perd energia cinètica; que es transforma en un altre tipus d'energia. La conversió pot ser a energia potencial (si adquireix alçada), energia calorífica (si hi ha algun tipus de fregament que fa que s'escalfi), etc.

El primer principi de la termodinàmica permet definir el postulat de la primera llei de la termodinàmica:

Si a qualsevol sistema adiabàtic, li subministrem una certa quantitat d'energia mecànica W, aquesta energia només provoca un increment en l' energia interna de sistema U. De manera que:

Primera llei de la termodinàmica

Primera llei de termodinàmica per a sistemes no aïllats

Si el sistema no està aïllat aquesta igualtat no es compleix i el sistema pateix una variació de calor.

Primera llei de la termodinàmica

Per a la primera llei de la termodinàmica, no hi ha un pas trivial de la concepció física des de la vista de sistema tancat a una vista de sistema obert.

Per als sistemes tancats, els conceptes d'un recinte adiabàtic i d'una paret adiabàtica són fonamentals. La matèria i l'energia interna no poden penetrar o penetrar en tal paret. Per a un sistema no aïllat, hi ha un mur que permet la penetració de la matèria.

En general, la matèria en moviment difusiu porta amb si una mica d'energia interna. Alguns canvis d'energia potencial microscòpica acompanyen el moviment. Un sistema obert no està adiabàticament tancat.

Hi ha alguns casos en què un procés per a un sistema no aïllat pot, per a fins particulars, considerar-se com si fos un sistema aïllat.

En un sistema obert, per definició, hipotètica o potencialment, la matèria pot passar entre el sistema i el seu entorn. Però quan, en un cas particular, el procés d'interès involucra només hipotètica o potencial però no passatge real de la matèria, el procés pot considerar-se com si fos per a un sistema tancat.

Criteri de signes

W és el treball realitzat sobre o pel sistema. Si el treball el realitza el sistema, W és negatiu. Si el treball es realitza sobre el sistema, W és positiu.

ΔQ és la quantitat de calor absorbida o emès per una màquina tèrmica. Si la transferència neta de calor és cap al sistema, ΔQ serà positiva. Si la transferència d'energia neta surt del sistema, ΔQ serà negativa.

Aquest criteri de signes és important, ja que varia en funció de l'autor.

Què és un sistema adiabàtic?

Un procés adiabàtic és aquell en el qual el sistema no intercanvia calor amb el seu entorn. Està en equilibri tèrmic. Un procés adiabàtic que és, a més, reversible, és un procés isentròpic.

El terme adiabàtic fa referència a volums que impedeixen la transferència de calor amb l'entorn. Una paret aïllada s'aproxima bastant a un límit adiabàtic.

Un procés adiabàtic es realitza amb una variació de calor constant. En un procés isobàric es realitza a pressió constant.

Què és l'energia interna?

L'energia interna és l'energia necessària per crear un sistema en absència de canvis en la temperatura o el volum.

Joule va realitzar un experiment en el qual concloïa que l'energia transferida en una màquina tèrmica passava a formar part de l'energia interna de la màquina.

Aquestes experiències serveixen per estendre aquesta observació a tot sistema termodinàmic i postular que: si a qualsevol sistema aïllat, li subministrem una certa quantitat d'energia mecànica W, aquesta només provoca un increment en l' energia interna de sistema U, per la quantitat O de manera que:

Primera llei de la termodinàmica

La variació d'energia interna és igual a la feina subministrat.

Aquesta igualtat que s'aplica a sistema aïllat, constitueix la definició de l'energia interna U.

L'energia interna, en el sistema internacional d'unitats es mesura en joules (J).

L'existència d'aquesta quantitat per a qualsevol sistema és el postulat conegut com: el primer principi de la termodinàmica.

Entalpia

L'entalpia està definida per H = U + PV

on P i V són la pressió i el volum, i U és l'energia interna. El concepte de l'entalpia és paral·lel a el primer principi en un sistema a pressió constant.

Què passa si el sistema no està aïllat?

Si el sistema no està aïllat s'observa que:

equació 2

L'energia que falta es deu a les pèrdues de calor. Les pèrdues es deuen a la transferència de calor d'sistema a l'exterior a conseqüència de les seves diferències de temperatura.

Llavors podem escriure:

equació 3

En resum podem dir, que la formulació matemàtica de la primera llei de la termodinàmica, equació anterior, conté tres idees afins:

  • L'existència d'una funció d'energia interna.

  • El principi de conservació de l'energia,

  • La definició de calor com a energia en trànsit

Resum i conclusions

La primera llei de la termodinàmica és el mateix que la llei de la conservació de l'energia. Aquest principi estableix que:

  • En un sistema aïllat l'energia ni es crea ni es destrueix. Només pateix transformacions.

  • Si a un sistema se li aplica un treball mecànic, la seva energia interna varia.

  • Si el sistema no està aïllat, part de l'energia es transforma en calor que pot sortir o entrar al sistema.

  • Un sistema aïllat és un sistema adiabàtic. La calor no pot ni entrar ni sortir. No es realitza cap transferència de calor.

      Referències

      Autor:

      Data de publicació: 1 de juliol de 2016
      Última revisió: 4 de juny de 2020