primera ley de la termodinámica mapa conceptual
Sube un documento o escribe un tema para organizar tus ideas con CogniGuide.
Sin tarjeta de crédito
Vista previa generada por IA
Trusted by learners from top universities
Tus apuntes, tu mapa mental
Del documento al mapa
Transforma tus apuntes en una estructura visual sin partir de una página en blanco.
Conceptos conectados
Explora las ramas para seguir las relaciones entre las ideas principales y los detalles.
Una base para repasar
Usa el mapa para orientarte en el tema y vuelve a tus apuntes para profundizar.
Crea un mapa con IA
- 1
Sube tus apuntes
Sube un PDF, un documento o una imagen, o escribe un tema.
- 2
Genera el mapa
La IA organiza el contenido en ramas y conexiones que puedes explorar.
- 3
Estudia y comparte
Repasa los conceptos y comparte el mapa. Las exportaciones requieren un plan de pago.
Comprender el tema
La primera ley de la termodinámica es el principio de conservación de la energía aplicado a sistemas termodinámicos: la variación de energía interna de un sistema es igual al calor absorbido menos el trabajo realizado por el sistema. Este recurso explica su formulación, los signos convencionales, los procesos típicos como el ciclo de Carnot o la expansión isoterma, y ejemplos cotidianos que ayudan a comprender por qué no existe la máquina de movimiento perpetuo.
El significado de la ecuación
La expresión ΔU = Q − W resume la conservación de la energía en un sistema termodinámico. Si un gas recibe 500 J en forma de calor y realiza 200 J de trabajo al expandirse, su energía interna aumenta en 300 J. La energía interna es función de estado, mientras que el calor y el trabajo son formas de transferencia de energía que dependen del proceso seguido. Por eso dos caminos distintos entre los mismos estados pueden implicar valores diferentes de Q y W, aunque su diferencia, ΔU, sea siempre la misma.
La convención de signos en España
En la enseñanza española es habitual escribir ΔU = Q − W, donde W es el trabajo realizado por el sistema. Con este criterio, una expansión tiene W positivo y una compresión W negativo. Sin embargo, muchos textos internacionales emplean ΔU = Q + W, considerando el trabajo recibido por el sistema. Ambas convenciones son correctas y describen la misma física, pero mezclarlas provoca errores de signo frecuentes en los ejercicios. Ante un problema, conviene identificar primero qué criterio usa el enunciado y mantenerlo de forma coherente durante todo el cálculo.
Procesos con un término nulo
Los procesos más frecuentes en los ejercicios se caracterizan porque uno de los términos de la ecuación se anula. En un proceso isócoro el volumen no cambia, así que el trabajo es cero y todo el calor recibido aumenta la energía interna. En un proceso adiabático no hay intercambio de calor, de modo que la variación de energía interna se compensa con el trabajo: al comprimir un gas rápidamente, su temperatura sube. En un proceso isotérmico de un gas ideal la energía interna no varía, por lo que el calor absorbido se convierte íntegramente en trabajo realizado.
Límites de la primera ley
La primera ley garantiza que la energía se conserva, pero no impone restricciones sobre la dirección de las transformaciones. Por sí sola permitiría, por ejemplo, que el calor fluyera espontáneamente de un cuerpo frío a uno caliente, algo que nunca se observa. Esa limitación la resuelve la segunda ley de la termodinámica, que introduce el concepto de entropía y fija el rendimiento máximo de una máquina térmica mediante el ciclo de Carnot. Así, una máquina no puede convertir todo el calor absorbido en trabajo, aunque la primera ley, considerada aislada, no lo prohibiera.
Temas relacionados
Preguntas de repaso
¿Qué significa que la energía interna sea una función de estado?
Significa que su valor depende únicamente del estado actual del sistema, por ejemplo de la temperatura y el número de partículas en un gas ideal, y no del proceso seguido para llegar a él. Por eso, entre dos estados dados, ΔU siempre es la misma aunque el calor y el trabajo intercambiados varíen según el camino.
¿Por qué no se puede construir una máquina de movimiento perpetuo?
Porque la primera ley obliga a que toda la energía entregada por la máquina provenga del calor absorbido o del trabajo recibido, sin crear energía de la nada. Una máquina que funcionara indefinidamente sin aporte de energía violaría la conservación de la energía, y por eso se dice que es imposible un movimiento perpetuo de primera especie.
¿Qué ocurre con la energía interna en una expansión adiabática?
En un proceso adiabático no hay intercambio de calor, de modo que ΔU = −W. Si el gas se expande, realiza trabajo a costa de su energía interna, que disminuye, y su temperatura baja. Si en cambio se comprime adiabáticamente, el trabajo externo aumenta la energía interna y el gas se calienta, como ocurre al bombear aire rápidamente.