Conservación de la energía: La Primera Ley de la Termodinámica

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Por Steven Holzner

En física, la primera ley de la termodinámica trata de la conservación de la energía. Una de las formas de energía involucrada es la energía interna que reside en el movimiento de los átomos y moléculas (vibraciones y empujones aleatorios). Otro de los términos de esta ley es el calor, que es una transferencia de energía térmica. Y finalmente, hay trabajo, que es una transferencia de energía mecánica; por ejemplo, se trabaja con un gas cuando se comprime. La primera ley de la termodinámica establece que estas energías, juntas, se conservan. La energía interna inicial en un sistema, Ui, cambia a una energía interna final, Uf, cuando el calor, Q, es absorbido o liberado por el sistema y el sistema funciona, W, en su entorno (o el entorno funciona en el sistema), de manera que

Q es positivo si el calor fluye hacia el sistema, y W es positivo si el sistema funciona en su entorno. Para conservar la energía mecánica, hay que trabajar con sistemas en los que no se pierde energía por el calor; por ejemplo, no puede haber fricción. Todo eso cambia ahora. Ahora puede desglosar la energía total de un sistema, que incluye el calor, el trabajo y la energía interna del sistema.

Estas tres cantidades – calor, trabajo y energía interna – constituyen toda la energía que usted necesita considerar. Cuando se añade calor, Q, a un sistema, y ese sistema no funciona, la cantidad de energía interna en el sistema, que viene dada por el símbolo U, aumenta en Q. Un sistema también puede perder energía al trabajar en su entorno, como cuando un motor levanta peso al final de un cable. Cuando un sistema funciona en su entorno y no emite calor residual, su energía interna, U, disminuye en W. En otras palabras, se está en condiciones de pensar en términos de calor como energía, de modo que cuando se tienen en cuenta las tres cantidades – calor, trabajo y energía interna – se conserva la energía.

La primera ley de la termodinámica es poderosa porque une todas las cantidades. Si conoces a dos de ellos, puedes encontrar al tercero.