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406 Capítulo 20 Termodinámica

el sistema se representa por AQ. El trabajo W puede ser realizado por el sistema, sobre el
sistema o ambas cosas. El trabajo de salida se considera positivo y el de entrada negativo. Por
tanto, AW representa el trabajo neto realizado por el sistema (trabajo de salida). En la figura
20.2c el sistema ha alcanzado su estado final 2 y de nuevo está en equilibrio, con una energía
interna final Ur Sus nuevas coordenadas termodinámicas son (P , V , 7,).
Puesto que la energía tiene que conservarse, el cambio en la energía interna

AU = U, - [/,
debe representar la diferencia entre el calor neto AQ absorbido por el sistema y el trabajo neto
AW que realiza el sistema sobre sus alrededores.
AU = AQ - AW (20.1)
En consecuencia, el cambio en energía interna se define exclusivamente en términos de las
cantidades mensurables calor y trabajo. La ecuación (20.1) establece la existencia de una fu n ­
ción de energía interna U que se determina mediante las coordenadas termodinámicas de un
sistema. Su valor en el estado final menos su valor en el estado inicial representa el cambio
en energía del sistema. Puesto que la temperatura está relacionada con la energía interna, ge­
neralmente es cierto que un aumento o una disminución de la energía interna también origina
un incremento o una reducción de la temperatura.

Primera ley de la termodinámica

La primera ley de la termodinámica es simplemente una nueva exposición del principio de la
conservación de la energía:
La energía no puede crearse o destruirse, sólo transformarse de una forma a otra.

Al aplicar esta ley a un proceso termodinámico se observa, a partir de la ecuación (20.1), que

AQ = AU + AW (20.2)
Esta ecuación representa un postulado matemático de la primera ley de la termodinámica, la
cual puede enunciarse como sigue:
Primera ley de la termodinámica: en cualquier proceso termodinámico, el
calor neto absorbido por un sistema es igual a la suma del trabajo neto que
éste realiza y el cambio de su energía interna.
Cuando se aplica la primera ley de la termodinámica es preciso reconocer que el calor Q su­
ministrado en un sistema es positivo y el que expulsa o pierde el sistema, negativo. El trabajo que
realiza un sistema es positivo; el que se hace sobre el sistema, negativo. Un aumento de la energía
interna es positivo; una disminución, negativa. En la figura 20.3 se resumen tales convenciones.

Convenciones de signos de la primera ley
A Q = A U + \W

• El calor Q de entrada es
positivo
• El trabajo hecho por un
gas es positivo
• El calor Q de salida es -IV
pAt/
negativo
• El trabajo hecho sobre un
r-e
gas es negativo
Figura 20.3 Convención de signos de la primera ley de la termodinámica.