Calculadora de la Primera Ley de la Termodinámica
La variación de energía interna a partir del calor que entra y el trabajo que sale, con el cambio de temperatura que implica.
Resultados
Qué hace esta herramienta
La primera ley es la conservación de la energía escrita para sistemas que se calientan. El calor que se mete o se queda dentro como energía interna o sale como trabajo hecho sobre el entorno: no tiene nada más disponible. Esa única frase, ΔU = Q − W, es el cimiento sobre el que está construida toda la termodinámica, y es también la razón por la que las máquinas de movimiento perpetuo no pueden funcionar. Ponga el calor y el trabajo, vea el balance, y si da una masa y un calor específico la página convierte además la energía sobrante en la subida de temperatura que produce.
Fórmula
ΔU = Q − W · Q > 0 cuando entra calor, W > 0 cuando el sistema realiza trabajo
Variables
| Símbolo | Significado | Unidad |
|---|---|---|
q | Calor aportado al sistema | J |
w | Trabajo hecho por el sistema | J |
m | Masa | kg |
c | Calor específico | J/(kg·K) |
DU | Variación de la energía interna | J |
DT | Variación de temperatura | K |
QK | Energía en kilojulios | kJ |
WK | Trabajo en kilojulios | kJ |
UK | Variación de energía interna en kilojulios | kJ |
PR | Qué le pasa al sistema | — |
Ejemplo resuelto
- Calor aportado al sistema5000 J
- Trabajo hecho por el sistema2000 J
- Masa1 kg
- Calor específico718 J/(kg·K)
- Variación de la energía interna3000,0000 J
- Variación de temperatura4,178273 K
- Energía en kilojulios5,0000 kJ
- Trabajo en kilojulios2,0000 kJ
- Variación de energía interna en kilojulios3,0000 kJ
- Qué le pasa al sistemaGana energía interna
Limitaciones
- Mezclar unidades es la causa de error más común. Convierta todos los valores a las unidades indicadas junto a cada campo antes de calcular.
- La fórmula supone condiciones ideales: sin pérdidas por fricción, sin resistencia del aire y sin pérdidas de rendimiento salvo que las introduzca.
Preguntas frecuentes
¿En qué sentido van los signos?
El calor añadido al sistema es positivo; el trabajo realizado por el sistema sobre su entorno es positivo. Así, un gas que se calienta y empuja un pistón hacia fuera tiene Q positivo y W positivo, y la energía interna solo sube con lo que sobre. Algunos textos de ingeniería invierten el signo del trabajo y escriben ΔU = Q + W, con W como trabajo hecho sobre el sistema: ambos convenios son correctos y ambos están impresos, así que compruebe cuál usa un libro antes de comparar respuestas. Para meter aquí un sistema que se comprime, ponga el trabajo como número negativo.
¿Por qué puede bajar la energía interna mientras entra calor?
Porque el sistema puede estar haciendo más trabajo que el calor que recibe, y la diferencia tiene que salir de algún sitio. Un gas que se expande contra un pistón mientras solo se calienta ligeramente se enfría, que es exactamente como se comporta un refrigerante al pasar por una válvula de expansión. La primera ley no dice que la energía no pueda salir: dice que hay que contabilizarla. Todo lo que entra como calor o se queda como energía interna o sale como trabajo, sin nada sin explicar por ninguna parte.