La primera ley de la termodinámica es una declaración más general de la cual se deriva un caso particular, la “ecuación de energía” para sistemas abiertos. Es más probable que vea la “ecuación de energía” cuando la gente habla de la formulación diferencial / integral de la primera ley para sistemas abiertos porque es más específica y más directa. El lector sabrá de qué está hablando. Si dice “aplique la primera ley de la termodinámica y llegue a tal resultado”, el lector puede tener dificultades para determinar qué enfoque tomar porque hay muchas formulaciones de la primera ley.
Una de las muchas formas de interpretar y comprender la primera ley de la termodinámica es a través de la conservación de la energía, que, en una de sus muchas interpretaciones, significa que la energía original que ingresa a un volumen de control debe ser la misma energía que sale.
Cuando tratamos con el transporte de fluidos / especies, a menudo hablamos de algunas leyes de conservación (energía, impulso, masa, especies, etc.). La ecuación para la conservación de energía para el volumen de control es una interpretación de la primera ley de la termodinámica. Decir “ecuación energética” es solo un atajo para esta ley de conservación.
- ¿Es la energía solar una mejor fuente de energía que la nuclear?
- ¿Es la energía nuclear una alternativa viable a las centrales eléctricas de gas natural?
- ¿Qué herramientas y equipos (pequeños y grandes) se necesitan para la exploración, extracción, refinería y transporte de petróleo?
- ¿Cómo puede ayudar la empresa a permitir el acceso a energía limpia para todos?
- ¿Cómo podríamos aprovechar la energía de las personas que corren?
El hecho de que no digamos “primera ley de la termodinámica” se debe a que este término generalmente se aplica a sistemas cerrados en lugar de sistemas abiertos (volúmenes de control) y tradicionalmente se ocupa solo de la energía interna y la estructura de lo que se analiza. La “ecuación de energía”, por otro lado, aunque es solo una interpretación de la primera ley en sí misma, es un caso particular de la primera ley cuando se aplica a sistemas abiertos, en el que también podemos incluir un análisis más detallado de otros tipos de energía, como la cinética macroscópica, el potencial gravitacional, el potencial químico y, para la magnetohidrodinámica, la influencia de la electrodinámica en el flujo de especies químicas, el calentamiento causado por la interacción con el fluido (calentamiento viscoso), explosión y combustión, etc.
Si está resolviendo un problema en termodinámica, generalmente no le preocupa el tipo de trabajo que va a producir o por medio de qué mecanismo se genera y transfiere el calor. Simplemente dice: la salida será 152J de trabajo si ingresa 530J de calor. Cuando se trata con la ecuación de energía, generalmente sabe qué tipo de trabajo espera y desea calcularlo, así como el mecanismo de transferencia y generación de calor involucrado en el proceso. ¿Este trabajo va a girar una rueda? ¿Me calentarán los campos electromagnéticos o un cambio repentino en la curvatura de la tubería (importante en flujos de muy alta velocidad)? ¿Se transfiere el calor por conducción, convección o radiación? Dicho esto, para tales mecanismos, algunas otras leyes (como la ley de enfriamiento de Newton, las ecuaciones de Maxwell, el cuerpo negro de Planck, el de Fourier) pueden implementarse en la primera ley para poder predecir todo lo que necesita.
