Page 424 - Física Tippens: Conceptos y Aplicaciones, Séptima Edición Revisada

20.2 Función de la energía interna 405

Función de la energía interna

Al estudiar las transformaciones de calor en trabajo o, viceversa, de trabajo en calor es útil
exponer el concepto de sistema termodinámico y sus alrededores. Entendemos por sistema
un conjunto de moléculas u objetos en los que se centra nuestra atención. Es común descri­
birlo por su masa, presión, volumen y temperatura; en cierto modo, está contenido por sus
alrededores. Por ejemplo, en un motor de gasolina, el sistema consta de la gasolina combus­
tible; los alrededores son los pistones, las paredes del cilindro, el sistema de escape y otros
elementos.
Se dice que un sistema se halla en equilibrio termodinámico si no hay una fuerza resul­
tante que actúe sobre el sistema y si la temperatura del sistema es la misma que la de sus alre­
dedores. Esta condición requiere que no se realice trabajo alguno ni sobre el sistema ni por el
sistema, y que no haya ningún intercambio de calor entre el sistema y sus alrededores. En estas
condiciones, el sistema posee una energía interna definida U. Su estado termodinámico puede
describirse mediante tres coordenadas: (1) su presión), (2) su volumen V y (3) su temperatura
T. Cada vez que dicho sistema absorba o libere energía, ya sea en forma de calor o de trabajo,
alcanzará un nuevo estado de equilibrio, de modo que su energía siempre se conserve.
En la figura 20.2 vamos a considerar un proceso termodinámico en el que un sistema
es obligado a cambiar de un estado de equilibrio 1 a un estado de equilibrio 2. En la figura
20.2a el sistema se encuentra en equilibrio termodinámico con una energía interna inicial Ul
y coordenadas termodinámicas (P,, V]5 7^). En la figura 20.2b el sistema reacciona con sus
alrededores. El calor Q puede ser absorbido por el sistema o liberado a su ambiente. La trans­
ferencia de calor se considera positiva para el calor de entrada y negativo para el de salida. El
calor neto absorbido por

Ambiente
Energía interna
U,
Estado inicial del sistema
Vj, T¿
_______________
Ambiente

(a)
, Calor suministrado
o entregado

Sistema que
pasa por un
Trabajo de proceso
entrada o termodinámico
trabajo de
Ambiente
salida
(b)

Ambiente
Energía interna
U2
Estado final del sistema
(PZ, V2, T-J
Ambiente

(C)
Figura 20.2 Esquema de un proceso termodinámico.