Primera ley de la Termodinámica.

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.
Los datos experimentales muestran que la disminución de energía potencial (mg∆z) es exactamente igual al incremento en energía cinética cuando la resistencia del aire es insignificante, con lo que se confirma el principio de conservación de la energía para la energía mecánica.

Energía Cinética

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.

Implícita en el enunciado de la primera ley se encuentra la conservación de la energía. Aunque la esencia de la primera ley es la existencia de la propiedad energía total, con frecuencia se considera a la primera ley como un enunciado del principio de la conservación de la energía. A continuación se desarrolla la relación de la primera ley con la ayuda de algunos ejemplos familiares utilizando argumentos intuitivos.

Primero, se consideran algunos procesos en los que hay transferencia de calor pero no interacciones de trabajo. La papa cocida en el horno es un buen ejemplo para este caso. Como resultado de la transferencia de calor a la papa, se incrementará la energía de ésta. Si se ignora cualquier transferencia de masa (la pérdida de humedad de la papa), el incremento en la energía total de la papa se vuelve igual a la cantidad de transferencia de calor. Es decir, si se transfieren 5 kJ de calor a la papa, su energía se incrementa también en 5 kJ.

 

Otro ejemplo, considere el calentamiento del agua contenida en una cacerola sobre una estufa. Si se transfieren 15 kJ de calor al agua desde el elemento de calentamiento y se pierden 3 kJ del agua al aire circundante, el incremento de energía del agua será igual a la transferencia neta de calor al agua, que es de 12 kJ.

Fuente: Termodinámica - Cengel