PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA:

El primer principio de la termodinámica expresa simplemente el principio general de conservación de la energía. Se formula así: La energía ni se crea ni se destruye, solamente se transforma y se transmite.

Para la formulación matemática de la primera ley de la termodinámica se debe distinguir entre sistemas cerrados y sistemas abiertos.

3.3.1 SISTEMAS CERRADOS:

Los sistemas cerrados solo pueden intercambiar con su entorno energía en forma de calor y trabajo, sin transferencia de masa, o sea, sin trabajo de flujo. Estos intercambios de energía se traducen en una variación de la energía interna del sistema (en los sistemas cerrados no se almacena ni energía cinética ni energía potencial). Para un sistema cerrado se tiene:Δ U = Q – WComo no hay trabajo de flujo W se refiere solo a trabajo de frontera:Δ U = Q – ∫1

2 p*dV → Q = Δ U + ∫12 p*dV

Se llama entalpía de un sistema a la cantidad H = U + p*V.La entalpía es una función de estado de gran importancia práctica.Diferenciando la expresión de entalpía y sustituyendo en la expresión de la primera ley de la termodinámica se obtiene:δ Q = dH – V*dp

Aplicando el primer principio de la termodinámica a algunos procesos especiales se tiene:Proceso isobárico: W = p*ΔV y por tanto: ΔU = Q – p*ΔV.Proceso isocórico: Como no hay variación de volumen, W = 0 y entonces: ΔU = Q.Proceso isotérmico: Si se considera que U sólo depende de la temperatura, se tiene que ΔU = 0 y entonces: Q = W.Proceso adiabático: Como Q = 0 se tiene: ΔU = -W.Proceso cíclico: Como la energía interna es función de estado, ΔU = 0 y por eso Q = W.

3.3.2 SISTEMAS ABIERTOS:

Estos sistemas intercambian energía no sólo en forma de calor y trabajo, sino también en forma de flujo para que entre y salga masa del sistema, y pueden almacenar energía en diversas formas. Por ello, en la formulación matemática de la primera ley de la termodinámica además de los términos empleados para sistemas cerrados, deben considerarse los siguientes:Trabajo de flujo: Wf = Δ(pV).Incremento de energía cinética: Δ EC = Δ (v2 / 2).Incremento de energía potencial: Δ EP = Δ (g*z).

Entonces:Δ (U + v2 / 2 + g*z ) = Q – WS - Wf.

Donde se agrupan en el miembro izquierdo los términos de almacenamiento de energía y en el miembro derecho los términos de energía en tránsito, desdoblando el trabajo total en el trabajo útil WS y el trabajo de flujo Wf (W = WS + Wf).

Considerando la expresión de trabajo de flujo se puede introducir bajo el signo incremental:Δ (U + p*V + v2 / 2 + g*z ) = Q – WS.Recordando la definición de entalpía se obtiene:Δ (H + v2 / 2 + g*z) = Q – WS

Esta ecuación es la expresión de la primera ley de la termodinámica para sistemas abiertos.