Criterio de signos termodinámico

Uno de los criterios de signos que se suele utilizar en termodinámica para evaluar los intercambios de energía entre un sistema y su entorno, en forma de calor y trabajo,según la IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry), es el siguiente:

• Positivo para el trabajo y el calor entregado al sistema.
• Negativo para el trabajo y el calor cedido por el sistema.

De este modo el trabajo se define como una transferencia de energía, que puede expresarse según la siguiente ecuación en un proceso reversible:

$W_{AB}= \int_{A}^{B} -p\,dV$

Por ejemplo, en una expansión isobárica, el volumen final V_B es mayor que el volumen inicial V_A

entonces

$\int_{A}^{B} p\,dV > 0$ el sistema realiza un trabajo sobre su entorno, cediendo trabajo para pasar del estado inicial A al estado final B

luego

$\ W_{AB} < \ 0$

El primer principio de la termodinámica relaciona el cambio en la energía interna de un sistema con el calor y el trabajo intercambiados entre éste y su entorno mediante la siguiente expresión:

$\Delta U = \ Q + \ W$

Dos distintas convenciones de signos para el trabajo

Puede dar origen a confusión el hecho que existen dos convenciones en Termodinámica para el signo del trabajo y que ambas están en uso.

La convención descrita en la sección anterior es la recomendada por la IUPAC,

Existe otra convención, la convención tradicional, según la cual el trabajo será positivo cuando es realizado por el sistema.

Entonces hay que elegir una de estas convenciones y atenerse a ella, pero estar atentos a la coexistencia de dos convenciones pues podemos encontrarnos con textos de autores que utilizan la otra.

Para la convención tradicional: $\Delta U = \ Q - \ W$

Esto es así pues en su origen la Termodinámica nace como una disciplina orientada hacia el análisis de la eficiencia de las máquinas térmicas cuyo objetivo es la producción de trabajo a partir del calor, entonces era natural considerar que tanto el calor recibido por el sistema: la máquina térmica, como el trabajo realizado por el mismo son valores positivos.

La primera convención se justifica intuitivamente porque si la máquina térmica trabaja con un proceso cíclico y al cabo de un ciclo:

$\Delta U = \ 0$

entonces

$\ Q = \ W$

es decir el calor neto recibido por el ciclo es igual al trabajo realizado.

Más adelante se consideró conveniente considerar que tanto el calor y el trabajo recibidos por el sistema son positivos.

• Se reitera, ambas convenciones están en uso actualmente aún cuando la IUPAC recomienda esta última.

• Cada una de estas convenciones tiene sus pros y sus contras y es por eso que algunos autores prefieren una y otros la otra.

Véase también

• Calor y trabajo