Primer Principio De La Termodinamica Ejercicios

El Primer Principio de la Termodinámica, también conocido como la Ley de Conservación de la Energía, establece que la energía no se crea ni se destruye, solo se transforma. En otras palabras, la energía total de un sistema aislado permanece constante.

Matemáticamente, se expresa así: ΔU = Q - W. Donde:

• ΔU es el cambio en la energía interna del sistema.
• Q es el calor añadido al sistema (si entra) o sustraído del sistema (si sale). Se considera positivo si entra al sistema y negativo si sale.
• W es el trabajo realizado por el sistema. Se considera positivo si el sistema realiza trabajo y negativo si el trabajo se realiza sobre el sistema.

Desglose paso a paso:

1. Identificar el sistema: Define claramente qué estás estudiando (un gas, un motor, etc.).
2. Determinar el cambio en la energía interna (ΔU): Este valor a menudo se da en el problema o se puede calcular a partir de otras propiedades, como la temperatura, utilizando ecuaciones específicas para el sistema.
3. Calcular el calor (Q): ¿Se añade calor al sistema? ¿Se enfría? Recuerda el signo: positivo si entra, negativo si sale.
4. Calcular el trabajo (W): ¿El sistema realiza trabajo (expansión contra una presión)? ¿Se realiza trabajo sobre el sistema (compresión)? Positivo si el sistema lo hace, negativo si se hace sobre él.
5. Aplicar la fórmula: Usa ΔU = Q - W para resolver la incógnita que te piden (normalmente ΔU, Q o W).

Ejemplo sencillo:

Un gas en un cilindro absorbe 500 J de calor (Q = +500 J) y realiza 200 J de trabajo al expandirse (W = +200 J). ¿Cuál es el cambio en la energía interna del gas (ΔU)?

Aplicamos la fórmula: ΔU = Q - W = 500 J - 200 J = 300 J.

Por lo tanto, el cambio en la energía interna del gas es de +300 J. Esto significa que la energía interna del gas aumentó.

Otro ejemplo:

Se comprime un gas, realizando sobre él un trabajo de 100 J (W = -100 J). Durante la compresión, el gas libera 50 J de calor (Q = -50 J). ¿Cuál es el cambio en su energía interna (ΔU)?

Aplicamos la fórmula: ΔU = Q - W = -50 J - (-100 J) = -50 J + 100 J = 50 J.

El cambio en la energía interna del gas es de +50 J. En este caso, la energía interna del gas también aumentó, a pesar de haber liberado calor, porque se le aplicó más trabajo del que liberó en forma de calor.

Recuerda, la clave está en identificar correctamente los signos de Q y W según si el calor entra/sale del sistema y si el sistema realiza trabajo o se realiza trabajo sobre él.