Distinguir calor y temperatura y aplicar el primer principio con un convenio de signos explícito.
Míralo en un dibujo
Dos cuerpos a distinta temperatura intercambian energía por calor del más caliente al más frío hasta el equilibrio térmico, si el conjunto está aislado del exterior.
Antes de seguir: ¿Es correcto decir que un objeto contiene calor?
Comprueba tu razonamiento
Es más preciso decir que tiene energía interna. El calor es energía en transferencia debido a una diferencia de temperatura.
Antes de empezar
Necesitas manejar: Unidades de energía; Balance de energía; Cambios de estado.
Escribe en papel tu respuesta a esta pregunta antes de desplegarla.
¿Qué debe declararse en el primer principio?
El sistema y el convenio de signos.
En un minuto
- El sistema y el convenio de signos.
- No: transferencia frente a función de estado.
- ΔU=0, no necesariamente Q=0 ni W=0.
- Pa·m³=J.
Entiende la idea
El concepto
La temperatura es una propiedad del estado que permite describir el equilibrio térmico y la dirección espontánea de la transferencia de calor entre sistemas en contacto. El calor no es una sustancia almacenada: es energía transferida por diferencia de temperatura. La energía interna es una función de estado asociada a grados de libertad microscópicos; no debe confundirse con la energía cinética del movimiento del cuerpo como conjunto.
El primer principio expresa conservación de energía. En esta lección se adopta ΔU=Q−W, con Q positivo cuando el sistema recibe calor y W positivo cuando el sistema realiza trabajo sobre el entorno. Otros textos usan trabajo sobre el sistema con signo contrario; ambas convenciones son válidas si se declaran y se mantienen.
Cómo utilizarlo sin errores
En una expansión contra presión externa constante, el trabajo realizado por el gas es p_extΔV. Si el volumen disminuye, ese trabajo es negativo: el entorno comprime el sistema. Para un gas ideal, la energía interna depende de la temperatura; un proceso isotermo ideal tiene ΔU=0 y el calor neto recibido iguala el trabajo realizado. Eso no significa que no haya transferencias.
Un proceso adiabático tiene Q=0, pero puede cambiar la temperatura por trabajo. Un recipiente rígido impide trabajo de expansión-volumen, aunque podrían existir otras formas de trabajo. Antes de simplificar el balance se especifican sistema, frontera, entradas y salidas. Las relaciones macroscópicas permiten razonar sin imaginar calor como algo que se crea o desaparece dentro de los cuerpos.
Fórmulas y condiciones de uso
Lee las condiciones junto con cada expresión. Una fórmula sin sus hipótesis puede dar un resultado incorrecto.
Consultar la notación textual original
Convenio: ΔU=Q−W, Q hacia el sistema y W realizado por él. A p_ext constante: W=p_extΔV. Adiabático: Q=0.
Ejemplos resueltos
Ejemplo 1 · Un sistema recibe 500 J de calor y realiza 180 J de trabajo. Calcula ΔU.
- Con el convenio elegido, Q=+500 J y W=+180 J.
- ΔU=500−180=320 J.
- La energía interna aumenta 320 J; parte de la energía recibida salió como trabajo.
Ejemplo 2 · Un gas se comprime adiabáticamente y el entorno realiza 200 J sobre él. Calcula ΔU.
- Adiabático implica Q=0. El trabajo realizado por el gas es W=−200 J.
- ΔU=0−(−200)=+200 J.
- La energía interna aumenta por trabajo, aunque no haya entrada de calor.
Practica antes de mirar la solución
Práctica 1 · Un gas ideal se expande isotérmicamente realizando 120 J. Calcula Q.
Primera ayuda
En el modelo ideal, T constante implica ΔU=0.
Ver solución razonada
0=Q−120, por lo que Q=120 J recibidos. Isotermo no equivale a adiabático.
Práctica 2 · Un gas aumenta su volumen 0,002 m³ contra 100000 Pa constantes. Calcula W.
Primera ayuda
Usa presión externa por variación de volumen.
Ver solución razonada
W=100000·0,002=200 J, positivo porque el gas se expande.
Práctica 3 · Un cuerpo pierde 80 J de calor y no realiza ni recibe trabajo. Calcula ΔU.
Primera ayuda
El calor saliente tiene signo negativo.
Ver solución razonada
Q=−80 J, W=0 y ΔU=−80 J.
El error que debes evitar
No cambiar de convenio a mitad del ejercicio. No confundir isotermo con adiabático. No afirmar que un cuerpo contiene calor como propiedad de estado.
Comprueba lo aprendido
Autoevaluación formativa: no es una nota oficial ni un examen vigilado.
Calor es…
Solución y explicación
Respuesta: Energía transferida por diferencia de temperatura. Es una forma de transferencia, no una función de estado almacenada.
Adiabático significa…
Solución y explicación
Respuesta: Q=0. La temperatura puede cambiar por trabajo.
Con ΔU=Q−W, una compresión tiene W…
Solución y explicación
Respuesta: Negativo si el gas recibe trabajo de compresión. W se define como trabajo realizado por el sistema.
Recupera las ideas de memoria
Antes de revelar cada respuesta, di la tuya en voz alta o escríbela. Marca si la recordabas para programar el siguiente repaso.
¿Qué debe declararse en el primer principio?
Ya lo he intentado: revelar respuesta
El sistema y el convenio de signos.
Intenta responder antes de mirar.
¿Calor y energía interna son lo mismo?
Ya lo he intentado: revelar respuesta
No: transferencia frente a función de estado.
Intenta responder antes de mirar.
¿Qué implica isotermo para un gas ideal?
Ya lo he intentado: revelar respuesta
ΔU=0, no necesariamente Q=0 ni W=0.
Intenta responder antes de mirar.
¿Unidad de pΔV en SI?
Ya lo he intentado: revelar respuesta
Pa·m³=J.
Intenta responder antes de mirar.
Explícalo y llévalo a otro problema
Reescribe el ejemplo de compresión usando la convención de trabajo recibido W_sobre: ΔU=Q+W_sobre, y comprueba que el resultado físico es el mismo.
Cierre en papel: explica el procedimiento, anota una condición de validez y vuelve a resolver un ejercicio que te haya costado sin consultar sus pasos.
Consolida el tema completo
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Fuentes y revisión editorial
Material de elaboración propia con asistencia de IA. Revisión docente final pendiente. La comprobación técnica no certifica la adaptación a una convocatoria concreta de PAU.