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Primera ley de la termodinámica

1850
  • Julius Robert von Mayer
  • James Prescott Joule
  • Hermann von Helmholtz
  • Rudolf Clausius
Laboratory experiment demonstrating the First Law of Thermodynamics with a heat engine setup.

The First Law is a statement of the conservación de la energía. It posits that the change in a closed system’s internal energy ([latex]\Delta U[/latex]) is equal to the heat supplied to the system ([latex]Q[/latex]) minus the work done by the system on its surroundings ([latex]W[/latex]). The governing equation is [latex]\Delta U = Q – W[/latex]. This law links heat, work, and internal energy, establishing heat as a form of energy transfer.

La Primera Ley de la Termodinámica generalizó el principio de conservación de la energía, previamente conocido en mecánica, incluyendo el calor. Su formulación representó un avance fundamental en la física, ya que refutó definitivamente la teoría calórica imperante, que consideraba el calor como un fluido ingrávido. Los experimentos de James Joule en la década de 1840, que demostraron el equivalente mecánico del calor, fueron cruciales para establecer que el calor y el trabajo son mutuamente convertibles.

The law introduces internal energy ([latex]U[/latex]) as a state function, meaning its value depends only on the current state of the system, not on how it got there. In contrast, heat ([latex]Q[/latex]) and work ([latex]W[/latex]) are path-dependent process quantities. The law’s differential form is [latex]dU = \delta Q – \delta W[/latex]. For a cyclic process, where the system returns to its initial state, the change in internal energy is zero ([latex]\Delta U = 0[/latex]), so the net heat supplied equals the net work done. This principle is the basis for all heat engines. The law also implies the impossibility of a perpetual motion machine of the first kind—a machine that produces work without any energy input.

UNESCO Nomenclature: 2212
– Thermodynamics, statistical physics, and condensed matter

Tipo

Sistema abstracto

Disrupción

Revolucionario

Utilización

Uso generalizado

Precursores

  • Sadi Carnot’s analysis of heat engines and termodinámica cycles
  • James Joule’s experiments on the mechanical equivalent of heat
  • rechazo de la teoría calórica del calor
  • Principio de conservación de la energía en mecánica formulado por Leibniz y otros.

Aplicaciones

  • motores térmicos (combustión interna, turbinas de vapor)
  • refrigeradores, aires acondicionados y bombas de calor
  • análisis de reacciones químicas (cálculos de entalpía)
  • Diseño de plantas de energía y análisis de eficiencia
  • calorimetría nutricional para calcular la energía alimentaria (calorías)

Patentes:

NA

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