Pregunta 167 · FIR 2023 · Fisicoquímica

Especialidad: Fisicoquímica · Del examen FIR 2023 (convocatoria 2022/23, examen del 21 de enero de 2023) · Preguntas FIR de Fisicoquímica 2023

Enunciado

167. La primera ley de la termodinámica indica que:

  1. Si un cuerpo A se encuentra en equilibrio térmico con un cuerpo B y éste a su vez está en equilibrio térmico con un cuerpo C, A y C se encuentran en equilibrio térmico.
  2. No es posible alcanzar el cero absoluto en un número finito de etapas.
  3. Un sistema termodinámico puede intercambiar energía con su entorno en forma de trabajo y de calor, y variar de esa forma su energía interna. La relación entre estas tres magnitudes viene dada por el principio de conservación de la energía.
  4. Es imposible que un sistema realice un proceso cíclico cuyos únicos efectos sean el flujo de calor hacia el sistema desde una fuente de calor y la realización, por parte del sistema, de una cantidad de trabajo equivalente.

Solución

Según la plantilla definitiva del Ministerio de Sanidad

167. La primera ley de la termodinámica indica que:

Respuesta correcta: 3. Un sistema termodinámico puede intercambiar energía con su entorno en forma de trabajo y de calor, y variar de esa forma su energía interna. La relación entre estas tres magnitudes viene dada por el principio de conservación de la energía.

Por qué es esta y no las demás lo ves al responderla aquí, y sin límites con Premium

Por qué es la correcta y por qué no las otras

La primera ley es el principio de conservación de la energía aplicado a sistemas termodinámicos. La energía interna (U) es una función de estado. Solo cambia si el sistema intercambia calor (q) o trabajo (w) con el entorno: ΔU = q + w (convenio IUPAC, w hecho sobre el sistema) o ΔU = Q − W (convenio físico, W hecho por el sistema). La energía no se crea ni se destruye, solo se transforma o se transfiere. La opción 3 describe justo eso: dos formas de intercambio y su relación con la variación de energía interna. En un sistema aislado q = w = 0, así que ΔU = 0.

Por qué no las otras

  • 1. Transitividad del equilibrio térmico: es el principio cero. Fundamenta el concepto de temperatura y el uso del termómetro, pero no habla de energía interna, calor ni trabajo.
  • 2. Inalcanzabilidad del cero absoluto en un número finito de etapas: es el enunciado de Nernst del tercer principio. También se formula como que la entropía de un cristal perfecto a 0 K es cero.
  • 4. Imposibilidad de convertir íntegramente en trabajo el calor de una sola fuente en un ciclo: es el enunciado de Kelvin-Planck del segundo principio. Implica que ninguna máquina térmica tiene rendimiento del 100 %.

Clave para el FIR: Cero: equilibrio térmico y temperatura. Primero: conservación de la energía (ΔU = q + w). Segundo: entropía, Kelvin-Planck y Clausius. Tercero: cero absoluto inalcanzable y S = 0 en cristal perfecto.

Respóndela aquí como en el examen: corrección al momento y la explicación de por qué es la correcta y por qué no las demás.

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