Divulgación Primer principio

[China]

Buenas he visto en una pagina de internet, que formulaban el primer principio de termodinámica así: ΔEc+ ΔEp+ΔU=Q+W decían que es una generalización de la ley de conservación de la mecánica, esto es así?? y si lo es en que condiciones se convierte en ΔU=Q+W? Gracias

[oscarmuinhos]

Buenas he visto en una pagina de internet, que formulaban el primer principio de termodinámica así: ΔEc+ ΔEp+ΔU=Q+W decían que es una generalización de la ley de conservación de la mecánica, esto es así?? y si lo es en que condiciones se convierte en ΔU=Q+W? Gracias

Puedes poner el enlace a esa página de Internet?

[China]

Pues ese es el problema, que anoté la relación y no la explicación... y no la recuerdo, me puse a buscarlo de nuevo y no lo encuentro....

[Richard R Richard]

Puedes suponer que cuando no aparecen las otras variaciones de energía, es sistema conservaba la posición de su centro de masa en reposo con respecto a universo.
Ejemplo siempre consideramos los sistemas de pistón y embolo con el pistón solidario al universo, y lo que se desplaza el embolo como trabajo de expansión o compresión.
Pero si el émbolo es un proyectil este escapa del sistema, y una forma de medir el calor y el trabajo aportados para expulsarlo, se puede lograr midiendo la energía potencial y cinética de cualquier punto de la órbita o trayectoria ,tanto del embolo como de los gases.
Mucho mas útil todavía cuando el sistema tiene un aporte de calor controlado y continuo , que varia su cantidad de movimiento , su masa , su altura respecto a tierra como lo es un cohete.

[oscarmuinhos]

Hola Richard

Buenas he visto en una pagina de internet, que formulaban el primer principio de termodinámica así: ΔEc+ ΔEp+ΔU=Q+W decían que es una generalización de la ley de conservación de la mecánica, esto es así?? y si lo es en que condiciones se convierte en ΔU=Q+W? Gracias

Mi problema (por eso le he pedido a China el enlace) está en saber, no lo que es $\Delta E_c$ y $\Delta E_p$, sino en saber lo que, para el autor del enlace al que ha accedido China, es ese $\Delta U$. ¿Una variación de energía interna? ¿O que parte de la energía interna incluye el autor del enlace en ese término $\Delta U$?

Un saludo

[oscarmuinhos]

Buenas he visto en una pagina de internet, que formulaban el primer principio de termodinámica así: ΔEc+ ΔEp+ΔU=Q+W decían que es una generalización de la ley de conservación de la mecánica, esto es así?? y si lo es en que condiciones se convierte en ΔU=Q+W? Gracias

Hola China
Como tú no has encontrado el enlace a esa página de internet y Richard no ha contestado todavía, voy a tratar, mientras tanto (es decir, a la espera de mejor opinión), de dar mi punto de vista (un punto de vista de aficionado a la Física, no de un profesional de la Física).

ΔEc+ ΔEp+ΔU=Q+W decían que es una generalización de la ley de conservación de la mecánica

Efectivamente es una generalización de la Ley de conservación de la Energía mecánica, y hay que recordar que llamamos energía mecánica a la suma de la energía cinética más la potencial:

$E_m = E_c+E_p$

¿Se conserva esta Energía mecánica?
Consideremos un cuerpo que resbala en condiciones de rozamiento despreciable por un plano inclinado. La energía mecánica vendría dada por

$E_m=\dfrac{1}{2}m.v^2+mgh$

Vamos a suponer que medimos la velocidad y la altura de dicho cuerpo en distintos momentos (o en distintas posiciones) mientras está bajando. Podremos calcular con estos datos de velocidad y altura la energía cinética y la energía potencial de dicho cuerpo en las distintas posiciones y comprobaríamos que (dentro de los límites de aproximación utilizados) la suma de estas cantidades valen lo mismo en una posición que en otra: es decir, la energía mecánica se conserva. Y el enunciado de este principio de conservación de la energía mecánica será entonces:

"En ausencia de rozamientos la energía mecánica de un cuerpo permanece constante"

Pero ¿qué pasa cuando los rozamientos no son despreciables?
Si efectuamos las mismas medidas de velocidad y de altura que antes en distintas posiciones, si calculamos la energía cinética y potencial para cada posición, y si sumamos la energía potencial y cinética de cada posición (es decir, si calculamos la energía mecánica en cada posición) comprobaremos ahora que sus valores no coinciden, es decir

la energía mecánica no se conserva cuando hay fuerzas de rozamiento.

Sin embargo, es posible generalizar el principio de conservación si incluimos en la suma el trabajo realizado por las fuerzas de rozamiento y, en lugar de hablar de conservación de la energía mecánica, hablamos de conservación de la energía. Esta nueva ley de conservación es, pues, una generalización del principio de conservación de la energía mecánica, al incluir una nueva situación donde es posible aplicar la conservación de una cantidad que llamamos energía.

La generalización de este principio de conservación de la energía mecánica no es, sin embargo,

$\Delta E_c +\Delta E_p+\Delta U = Q +W$,

sino $\Delta U = Q +W$, pues el concepto de energía interna incluye todas las formas de energía del sistema, incluida la energía cinética y la potencial.

En este sentido la ecuación $\Delta E_c +\Delta E_p+\Delta U = Q +W$ viene a ser un caso particular de la ecuación $\Delta U = Q +W$, que se da cuando se trabaja con sistemas abiertos en los que de forma continuada está entrando y saliendo materia (masa) en el sistema.(los ingenieros les suelen llamar, -en lo que tengo entendido-, volumen de control)
Un ejemplo de un sistema abierto así puede ser los gases que circulan por unidad de tiempo por la chimenea de gases de una instalación de combustión a través de un intercambiador de calor:

-los gases entran en una cantidad determinada y a una velocidad determinada y salen (la misma masa por unida de tiempo, por supuesto) a otra velocidad, teniendo lugar una variación de la energía cinética entre la entrada y la salida;
-los gases ascienden por la chimenea teniendo lugar un aumento de su energía potencial entre la entrada y la salida,
-los gases entran en la chimenea a una presión y temperatura determinadas y salen de la chimenea en otras condiciones de presión y temperatura;
-los gases ceden calor en su recorrido,
-....

En un sistema así, la variación de energía interna se puede desdoblar en otros términos que serían la ecuación que tú has puesto:

$Q+W=\Delta U=\Delta E_c +\Delta E_p+\Delta U'$

donde con las letras U y U' estamos a representar distintas magnitudes.

De todas formas, entiendo que puede considerarse esta una diferenciación más conceptual que de cálculo. Este no cambia, en lo que yo entiendo, si se considera que U' es la energía interna del sistema, pero habría que cambiar la definición de energía interna.

Saludos,
y, por favor, que otros también opinen y corrijan o maticen en lo que entiendan

[China]

Muchas gracias!! Pero según yo creía entender la energía interna es la suma de las energías de las moléculas y la energía cinética y potencial que forman energía mecánica no están incluidas en esa energía interna no??

[oscarmuinhos]

Muchas gracias!! Pero según yo creía entender la energía interna es la suma de las energías de las moléculas y la energía cinética y potencial que forman energía mecánica no están incluidas en esa energía interna no??

Pues habrá que esperar mejor opinión.Los libros de ingeniería y los ingenieros (yo soy químico) utilizan con frecuencia definiciones algo diferentes de las que utilizamos los químicos, sin que ello afecte a los resultados del cálculo (al fin se trata, como bien ves, de descomponer una cantidad de energía ($\Delta U$) que se conserva en suma de tres términos ($\Delta E_c +\Delta E_p+\Delta U'$), que, en conjunto, también se conserva. Probablemente se trate de eso. A pesar de ello, soy de la opinión (y me gustaría que otros/as expresaran también su opinión) de que en la energía interna de un sistema se deben incluir todas las formas de energía. De otra forma no sé si podríamos interpretar correctamente, por ejemplo, de donde viene na energía cinética que adquieren los gases que resultan de una explosión: ¿acaso no viene de su energía interna?. Yo me imagino la energía interna como el dinero de una cuenta bancaria: no importa de que forma ha llegado a la cuenta, una vez que está en la cuenta (o en la hucha, si prefieres no tener un intermediario) todo es el mismo dinero indistinguible. Y con ese dinero podrás luego adquirir lo que quieras, transformarlo en lo que quieras (claro siempre que tengas suficiente, jajaja). Lo mismo con la energía interna: una vez que el sistema tiene esa energía (poco importa como la haya adquirido) podrá transformarla en muchas otras formas de energía: energía cinética, energía potencial, eléctrica, química, etc, y también utilizarla para transferir calor o/y trabajo de un sistema a otro.

Pero lo dicho. Sería bueno que otros también dejasen su opinión.
Yo todavía estoy aprendiendo... y deseando aprender.
Y, en todo caso, un consejo: en caso de controversia, lo que diga el profesor es lo que vale.

Saludos

Post-editado:

[oscarmuinhos]

Muchas gracias!! Pero según yo creía entender la energía interna es la suma de las energías de las moléculas y la energía cinética y potencial que forman energía mecánica no están incluidas en esa energía interna no??

Post-editado I: RECTIFICANDO. Aquí he encontrado, en este blog de Richard (https://forum.lawebdefisica.com/blog...s-b%C3%A1sicos), un artículo sobre los principios básicos de la Termodinámica. En él opina lo que tú: que la energía cinética traslacional del centro de masas del sistema y la energía potencial debida a campos de fuerza externos no forman parte de la energía interna del sistema. Lo leeré con mas detenimiento...

Post-editado II: En la bibliografía que tiene al final el artículo de Richard viene una página de la Universidad de Sevilla con lo mismo.

De los libros que he revisado, los orientados hacia la Ingeniería no incluyen la energía cinética ni la potencial debida a campos externos dentro de la energía interna. De los orientados hacia la química, dos de los que revisé se limitan a definir la energía interna como una cantidad que se conserva en todos los procesos termodinámicos y equivalente a la suma de calor y trabajo. Esto es lo que me ha llevado a incluir la energía cinética y potencial en la energía interna: de otra forma pareciese como que el trabajo en termodinámica no fuese capaz de aumentar o disminuir la energía cinética del sistema.Pero, es evidente, a la vista de esto, que debo volver a revisar mis apuntes de la carrera de Químicas
A ellos volveré..
(Nota: pense en borrar el mensaje anterior, pero, al final, decidí dejarlo tal que así....puede servir para que también otros puedan conocer los errores en que se puede caer.)

[Richard R Richard]

\Delta E_c[/TEX] y $\Delta E_p$, sino en saber lo que, para el autor del enlace al que ha accedido China, es ese $\Delta U$. ¿Una variación de energía interna? ¿O que parte de la energía interna incluye el autor del enlace en ese término $\Delta U$?

Hola Oscar, siempre que contesto. aquí en el foro, trato de ser lo más general posible, si no hay fuente a que ceñirse, trato de ser lo más amplio que mi poca sapienza me permite, he intento divagar menos de lo que mi entusiasmo me hace querer.

Más allá de lo que el autor haya querido decir, he querido aportar que sabemos que la energía recibida en una compresión mecánica , o bien de una reacción química con variación del número de moles o porque no exotérmica, o una reacción nuclear, pueden aportar Q o W a uno de los lados de la ecuación , en que se puede usar esa energía, o bien en variar la energía interna, (y como estamos acostumbrados a los gases ideales, y si pensamos linealmente,lo traducimos como un aumento de temperatura en parte del sistema) pero se puede ser mas amplio y el uso de la energía puede usarse para cambiar otros parámetros macroscópicos, la fase, activar otro proceso de reacción nuclear, aportar energía de activación a otra reacción química, impulsar al propio sistema, creando fuerza o impulso que varíe la cantidad de movimiento, trabajar en contra o a favor del campo gravitatorio o de cualquier otro potencial eléctrico u elástico etc esto sirve como un sumatorio de usos útiles de esa energía, resultando así una visión más clara de lo que es en realidad el primer principio, que es la conservación de la energía.
Por lo general se ve en las aulas la conservación de la energía mecánica con la dinámica Newtoniana, y los procesos térmicos se los ve por otro lado, en la termodinámica, pero hay sistema que usan ambas cosas a la vez , en quimica tu ves la entalpía , la energía libre etc, y no hay que ir muy lejos para hallar ejemplos cotidianos , en un automóvil, una central nuclear, o una termoeléctrica, un calefón eléctrico, incluso, en la conversión de energías renovables...o al encender la cocina y calentar agua para el te.

También podríamos preguntarnos si un cilindro con gas en el interior es calentado hasta duplicar su volumen, realiza el mismo trabajo, si esta en reposo, o si bien el sistema viaja a velocidad v sobre un tren, o bien si se lo arroja desde un avión y hace su evolución durante la caída libre... bueno , hay cosas si que son fáciles de dirimir si se reconocen los estados iniciales y finales propios del sistema y del universo, cuando en otras ocasiones ocurre que no tanto , que sirven de ejemplo, a la vez sirven para cualificar y cuantificar de donde y hacia donde a fluido la energía. .

Por otro lado Oscar, entiendo que cuando marcas con color una frase, lo haces con la buena intención de llamar la atención resaltando algo importante del tema, pero las negritas y las mayúsculas te sugiero que minimices su uso, puesto que se puede interpretar que alzas la voz para imponer tus ideas ciertas o no, cuando en realidad no lo has hecho con esa finalidad. Quizá otras formas como una indentación, o una cita , un párrafo separado , un entre comillas, o itálicas te sirvan para lograr el mismo fin, como se ha hecho históricamente en el foro.

[JCB]

... Por lo general se ve en las aulas la conservación de la energía mecánica con la dinámica Newtoniana, y los procesos térmicos se los ve por otro lado, en la termodinámica, ...

Hola a tod@s.

Diría que la clave de todo el asunto está en esta frase de Richard.

El enlace citado por Richard en su blog, me dirige a una página de la Universidad de Sevilla, sobre entropía.

Este otro enlace, dirige a la misma universidad, sobre energía: http://laplace.us.es/wiki/index.php/...C3.ADa_interna

Saludos cordiales,
JCB.

[China]

Gracias a todos!

[oscarmuinhos]

Hola a todas y a todos
Hola China, hola JCB, hola Richard.

Después de revisar mis apuntes de carrera, (y también alguna bibliografía más)....,

Principio primero de la Termodinámica:

$Q+W =\Delta E$

(Esta energía incluye, naturalmente, todas las formas de energía que pueda tener el sistema. Y, por supuesto, esta E no es la energía interna que yo decía. Disculpas a China, en primer lugar, y también disculpas a Richard y a JCB). El término $\Delta E$ se descompone en suma de la energía interna del sistema más la energía cinética de traslación del sistema más la energía potencial debido a los campos externos que pueda haber (normalmente el campo gravitatorio) y más el llamado trabajo de flujo (debido a las presiones externas que arrastran o trasladan el sistema de un punto a otro):

$E=U + pv + mgh + \dfrac 1 2 mv^2$

Esta ecuación se reduce a:

$\Delta U = Q+W$, cuando es sistema este en reposo y la variación de la energía potencial gravitatoria del sistema sea despreciable

Energía interna: al volver a repasar mis apuntes y la bibliografía que tenía a mi alcance he encontrado definiciones o descripciones muy diversas, desde la de mi profesor (que, siguiendo a Callen, postulaba la existencia de una función de estado extensiva dependiente de las variables extensivas del sistema que podía intercambiarse con el entorno bien en forma de calor o bien en forma de trabajo) hasta la de muchos otros que la definen de forma totalmente operacional como una magnitud termodinámica cuya variación entre dos estados de equilibrio es igual al trabajo intercambiado adiabáticamente entre dichos estados.

A efectos, sin embargo, de tener una imagen más gráfica de lo que viene a ser la energía interna de un sistema he tomado para traeros aquí la Engel/Reid (Introducción a la Físicoquímica. Pearson-Addison Wesley):

"Desde el punto de vista microscópico, la energía interna puede tomar una de las formas siguientes:

- la energía cinética de las moléculas;
-la energía potencial de los constituyentes del sistema; por ejemplo, un cristal formado por moléculas dipolares que experimentan un cambio de energía potencial cuando se aplica un campo eléctrico al sistema;
-la energía interna en forma de vibraciones y rotaciones moleculares, y
-la energía interna almacenada en forma de enlaces químicos que se pueden liberar mediante una reacción química.

Espero que esto sirva para desmontar el enredo a que he dado lugar por no haberme parado a reflexionar más detenidamente sobre las ecuaciones y variables que se utilizan en la Termodinámica.

Saludos y disculpas por el enredo.

[oscarmuinhos]

Buenas he visto en una pagina de internet, que formulaban el primer principio de termodinámica así: ΔEc+ ΔEp+ΔU=Q+W decían que es una generalización de la ley de conservación de la mecánica, esto es así?? y si lo es en que condiciones se convierte en ΔU=Q+W? Gracias

Hola a todos y a todas
Después de haber reexaminado el primer principio de la Termodinámica en el mensaje anterior (#13) vuelvo al principio para preguntarle a China si encontró el enlace de la página de internet de la que copió la fórmula que pone, pues veo que el $\Delta U$ que en ella aparece $\Delta E_c+\Delta E_p +\Delta U$ no puede referirse a la Energía Interna sino a la Entalpía. En efecto:

$E=U + pv + mgh + \dfrac 1 2 mv^2=(U + pv) + mgh + \dfrac 1 2 mv^2= H + mgh + \dfrac 1 2 mv^2$

Saludos

[China]

Hola, la pagina no la vi, pero lo temfo también en un kibro "aguilar peris" y si dU si esta referido a la inergua interna.