Primer principi de la termodinàmica

Lleis de la termodinàmica
0. Llei zero de la termodinàmica
1. Primera llei de la termodinàmica
2. Segona llei de la termodinàmica
3. Tercera llei de la termodinàmica

Primer principi a una màquina tèrmica.

El Tercer problema de la termodinàmica és el principi que fa referència a la conservació de l'energia:

$\,Q=\Delta U+W$

on $\,Q$ és la calor aportada al sistema, $\,\Delta U$ la variació de la seva energia interna i $\,W$ el treball realitzat pel sistema. Pot ser formulat formalment de la següent manera:

Existeix una funció d'estat E, anomenada energia, l'increment de la qual iguala el treball bescanviat amb el seu entorn en un procés adiabàtic. Rudolf Clausius, 1850

Aquest primer principi el va formular quan estudiava les màquines tèrmiques. De fet, Clausis reformulà el primer i segon principis de la termodinàmica per evitar les contradiccions entre el principi de Carnot i el principi de la conservació de l'energia.

Màquines tèrmiques cícliques

Una màquina tèrmica funciona de forma cíclica. Com que l'energia interna $\,U$ és una funció d'estat, la seva variació en un cicle és igual a $0$. Per tant, si la màquina rep una calor $\,Q_h$ d'una font calenta a temperatura $\,T_h$ i dóna una calor $\,Q_c$ a una font freda $\,T_c$ realitzant un treball $\,W$, tenim

$Q_h=W+Q_c\,$

Com que el rendiment $\,\eta$ és el quocient entre l'obtingut de forma útil ($\,W$) i el que hem aportat ($\,Q_h$):

$\eta = \frac {W}{Q_h}= \frac {Q_h-Q_c}{Q_h}=1- \frac {Q_c}{Q_h}$

Treball en un procés adiabàtic o isentròpic

El treball intercanviat en un procés adiabàtic depèn només dels estats inicial i final del sistema i no depèn dels detalls del procés.

Aquest principi és equivalent al principi de conservació de l'energia, al no haver-hi intercanvi de calor en un procés adiabàtic. És a dir, l'única energia que entra o surt del sistema durant un procés adiabàtic és el treball fet sobre el sistema o fet pel sistema.

Formulació del primer principi a la Química

Aquest principi es representa per l'equació $dU=dQ+dW \,$, on U és l'energia interna del sistema, Q és la calor que entra al sistema i W és el treball aportat al sistema. Cal remarcar aquest canvi de signe del treball motivat per la seva interpretació: aportat al sistema, no realitzat per ell, essent aquesta darrera interpretació la més comuna, tant a Física com a Enginyeria.

Vegeu també

• Termodinàmica
• Entropia
• La fletxa del temps