Primera Ley de la Termodinámica

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https://www.youtube.com/watch?v=mm6TvgKamg4

Resumen

TLDREl video describe la primera ley de la termodinámica, que se centra en el concepto de energía interna, fundamental para la comprensión de la termodinámica. Explica cómo la energía interna de un sistema, relacionada con la estructura molecular y el movimiento cinético, puede cambiar su valor mediante el intercambio de calor y la realización de trabajo. La primera ley establece que la energía no se puede crear ni destruir solo se transforma, y esto se ejemplifica mediante la ecuación donde el cambio de energía interna es igual al calor añadido menos el trabajo realizado. Se analizan diferentes tipos de procesos termodinámicos, como el adiabático, isocórico, isobárico e isotérmico, explicando cómo cada uno afecta la energía interna de un sistema. En los procesos adiabático y isocórico, respectivamente, no hay transferencias de calor y no se realiza trabajo, mientras que en procesos isobáricos e isotérmicos se mantienen constantes la presión y la temperatura. El video concluye señalando la importancia de estas variables al estudiar la primera ley de la termodinámica.

Para llevar

  • 💡 La energía interna es clave para entender la termodinámica.
  • 🎓 La primera ley afirma que la energía solo se transforma.
  • 🔥 El calor y el trabajo son formas de intercambio energético.
  • 🔄 La ecuación clave es el cambio de energía interna = calor - trabajo.
  • 🌀 Procesos adiabáticos implican no intercambio de calor.
  • 🔍 Procesos isocóricos no realizan trabajo.
  • ⚙️ En procesos isobáricos, la presión es constante y afecta el trabajo.
  • 🌡️ Procesos isotérmicos mantienen la temperatura constante.
  • 🔀 El calor y trabajo pueden ser positivos o negativos según dirección.
  • ⚖️ La suma de variables determina cambios durante procesos.

Cronología

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    La primera ley de la termodinámica discute la energía interna, un concepto clave que se refiere a la suma de todas las formas de energía microscópicas dentro de un sistema debido al movimiento molecular. La ley establece que la energía no se crea ni se destruye, sino que se transforma. Por ejemplo, si a un sistema se le suministran 150 julios de calor y realiza 100 julios de trabajo, la energía interna aumenta en 50 julios. Así, cuando un sistema intercambia calor, su energía interna cambia, y la ecuación correspondiente refleja que el cambio de energía interna es igual al calor que entra menos el trabajo realizado por el sistema. La energía que entra como calor puede ser transformada en trabajo o permanecer en el sistema, ejemplificando el principio de conservación de energía.

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Preguntas frecuentes

  • ¿Qué es la energía interna en la termodinámica?

    La energía interna es la suma de todas las formas de energía microscópica de un sistema, relacionada con su estructura molecular y movimiento cinético.

  • ¿Cómo se puede cambiar la energía interna de un sistema?

    La energía interna puede cambiar mediante el intercambio de calor y la realización de trabajo.

  • ¿Qué establece la primera ley de la termodinámica?

    La primera ley afirma que la energía no se puede crear ni destruir, solo se transforma. Esto se resume en que el cambio de energía interna es igual al calor transferido menos el trabajo realizado.

  • ¿Qué es un proceso adiabático?

    Es un proceso en el que no entra ni sale calor del sistema, por lo tanto, el cambio de energía interna es igual al trabajo realizado negativamente.

  • ¿Cómo se comporta la energía en un proceso isotérmico?

    En un proceso isotérmico, la temperatura permanece constante, y para gases ideales, el cambio de energía interna es cero, haciendo que el calor sea igual al trabajo.

  • ¿Cuál es la diferencia entre calor y trabajo en termodinámica?

    El calor es una forma de energía transferida entre sistemas, mientras que el trabajo es el resultado del movimiento o cambio de volumen en el sistema.

  • ¿Cómo afecta el proceso isobárico en la ecuación de la primera ley?

    En un proceso isobárico, la presión es constante, y el trabajo se define como la presión multiplicada por el cambio de volumen.

  • ¿Qué es un proceso isotérmico?

    Un proceso isotérmico mantiene la temperatura constante, y para gases ideales, el cambio de energía interna es cero.

  • ¿Qué sucede en un proceso isocórico?

    En un proceso isocórico, el volumen es constante, por lo tanto, no se realiza trabajo, y todo el calor absorbido se convierte en un cambio de energía interna.

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    primera ley de la termodinámica
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    cuando hablamos de la primera ley de la
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    termodinámica nos tenemos que detener un
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    poco para hablar acerca de la energía
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    interna que es uno de los conceptos más
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    importantes de la termodinámica la
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    energía interna tiene que ver con todo
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    lo que ocurre con los cuerpos o sistemas
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    hablando en forma microscópica esta
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    energía tiene que ver con la estructura
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    molecular de un sistema entonces la suma
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    de todas formas de energía microscópica
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    de un sistema se denominará energía
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    interna se dice que todos los objetos
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    tienen energía interna debido a que
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    dentro de ellos es decir a nivel
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    molecular hay movimiento cinético que
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    genera energía
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    para referenciar a la energía interna se
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    usa la letra bu
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    cuando en termodinámica estudiamos los
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    cambios de un sistema la energía interna
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    podrá cambiar su valor del estado uno al
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    estado 2 este cambio se denota de la
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    siguiente forma
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    como un sistema intercambia calor con
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    otro o los alrededores ocurre una
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    transferencia de calor y sabemos que el
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    calor es una forma de energía entonces
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    si a un sistema se le agrega calor este
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    va a hacer que la energía interna del
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    sistema cambie pero además puede que
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    esta energía genere un trabajo
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    entonces por medio de esta ecuación
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    podemos decir que el cambio de energía
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    interna va a ser igual al calor que
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    entra
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    - el trabajo que efectúa el sistema y
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    reacomodando la ecuación nos queda de la
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    siguiente manera
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    donde únicamente se cambia de lugar el
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    trabajo de signo negativo pasa positivo
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    la primera ley de la termodinámica nos
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    habla sobre una generalización sobre el
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    principio de conservación de energía es
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    decir la energía no se puede crear ni
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    destruir durante un proceso solo puede
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    cambiar de forma
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    es decir si tenemos un sistema al cual
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    se le suministran 150 jules de energía
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    en forma de calor y esto hizo que el
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    sistema realizará un trabajo de 100
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    jules el incremento de energía interna
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    es la resta del calor suministrado menos
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    el trabajo realizado por el sistema que
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    el sistema tiene un cambio de energía
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    interna de 51 este ejemplo aunque es muy
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    sencillo explica cómo la energía que
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    entra en forma de calor una parte se usa
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    en el trabajo y otras se queda en el
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    sistema entonces la energía no se crea
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    ni se destruye sólo se transforma
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    cuando estudiamos un sistema
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    termodinámico debemos de tener cuidado
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    como fluye el calor y el trabajo ya que
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    de eso dependerá el signo que se utilice
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    cuando el calor fluye hacia el sistema
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    entonces tiene signo positivo porque
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    entra calor y un valor positivo para el
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    trabajo es cuando se realiza un trabajo
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    por el sistema contra el entorno como en
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    este ejemplo donde entra calor y este
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    tiene el signo positivo este calor hace
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    que el sistema realiza un trabajo que
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    también tiene signo positivo
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    podrá parecer un poco extraño que
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    digamos el signo del trabajo es positivo
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    cuando el sistema realiza el trabajo
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    pues al hacer este trabajo se pierde
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    energía y aunque eso es cierto en
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    termodinámica es más conveniente usar
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    este signo debido a que la ecuación
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    tiene de por medio el signo negativo en
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    el trabajo por lo tanto ahí es cuando el
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    signo cambiará para hacer esto más claro
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    veamos el siguiente sistema
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    [Música]
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    donde la flecha del trabajo nos indica
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    que se realizó un trabajo hacia el
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    sistema por lo tanto tendrá signo
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    negativo y ese trabajo hizo que el
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    sistema se diera calor a los alrededores
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    esto lo sabemos porque la flecha del
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    calor va del sistema hacia afuera y ese
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    calor que se liberó fueron 150 jules con
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    signo negativo porque se pierde energía
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    del sistema al querer saber cómo es el
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    cambio de energía interna usamos la
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    ecuación de la primera ley de la
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    termodinámica
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    vemos que el cambio de energía interna
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    fue negativo esto quiere decir que parte
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    de la energía interna se transformó en
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    calor que se liberó hacia los
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    alrededores
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    en un proceso termodinámico el cambio de
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    energía interna puede ser positivo
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    negativo o 0 es positivo cuando el
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    sistema se le agrega más calor que el
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    trabajo que ejecuta como en el sistema
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    uno es negativo cuando sale más calor
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    que trabajo efectuado hacia el sistema
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    como en el sistema 2 y es 0 cuando todo
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    el calor que atrás se convierte en
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    trabajo o viceversa como es en el último
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    ejemplo
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    donde al sistema 3 entran 150 jules de
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    calor y salen 150 jules de trabajo como
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    toda la energía que entró se transformó
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    en trabajo no hay un cambio de energía
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    interna por lo tanto su valor es cero
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    ya vimos que el cambio de energía
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    interna puede tener signo positivo o
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    negativo e incluso ser cero y ya vimos
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    que el calor y el trabajo pueden tener
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    valores positivos o negativos
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    dependiendo de su dirección pero también
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    podrían ser cero y esto se puede saber
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    de acuerdo a en qué tipo de proceso
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    termodinámico está el sistema
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    empezaremos con el proceso a diabético
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    en este proceso no entra ni sale calor
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    del sistema en este proceso se dice que
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    hay una pared impide el intercambio de
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    calor del sistema con los alrededores
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    por lo que aquí el calor es igual a cero
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    por lo tanto de la ecuación original
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    como el calor vale cero queda como que
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    el cambio de energía interna es igual al
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    trabajo con signo negativo
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    [Música]
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    en un proceso histórico el volumen del
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    sistema será constante esto quiere decir
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    que el sistema no podrá expandirse o
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    contraerse por lo tanto se dice que no
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    habrá trabajo realizado entonces la
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    ecuación original queda como que el
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    calor será igual al cambio de energía
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    interna es decir todo el calor que entra
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    al sistema se convertirá en energía
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    interna porque no hay trabajo donde se
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    pierda energía en estos dos procesos ya
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    vimos que el valor del calor para el
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    proceso dramático es cero y para el
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    proceso histórico el trabajo es cero sin
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    embargo hay dos procesos más que son muy
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    importantes mencionar uno de ellos es el
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    proceso y sobar y ccoo donde la presión
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    es constante
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    hasta ahorita no se había mencionado la
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    presión como variable para la ecuación
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    de la primera ley de la termodinámica
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    pero la presión está relacionada con el
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    trabajo ya que como dijimos que cuando
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    hay un trabajo aumenta o disminuir el
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    volumen pero en el proceso hiso baricco
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    como la presión no cambia al efectuarse
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    algún trabajo habrá cambio de volumen
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    para mantener la presión igual entonces
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    el trabajo dependerá de la presión y del
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    cambio de volumen del sistema y en este
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    proceso vemos que el trabajo se puede
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    determinar multiplicando la presión por
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    la diferencia de volúmenes y aquí vemos
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    que no cambia la ecuación original
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    finalmente tenemos al proceso isotérmico
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    donde aquí la temperatura permanece
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    constante
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    al igual que la presión la temperatura
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    es una variable fundamental para la
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    termodinámica y en algunos casos
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    específicamente para los gases ideales
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    la energía interna depende únicamente de
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    la temperatura en estos sistemas si la
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    temperatura es constante entonces el
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    cambio de energía interna será cero por
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    lo que el calor será igual al trabajo
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    como hemos visto conforme hemos ido
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    avanzando en el tema van saliendo nuevas
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    variables y nuevos conceptos que
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    comprenden la primera ley de la
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    termodinámica
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