Procesos termodinamicos

Se define como el campo de la física que describe y relaciona las propiedades físicas de sistemas macroscópicos de
materia y energía. Los principios de la termodinámica tienen una importancia
fundamental para todas las ramas de la ciencia y la ingeniería.

Un concepto esencial de la termodinámica es el de sistema macroscópico, que se define como un conjunto de
materia que se puede aislar espacialmente y que coexiste con un entorno
infinito e imperturbable. El estado de un sistema macroscópico en equilibrio
puede describirse mediante propiedades medibles como la temperatura, la presión
o el volumen, que se conocen como variables termodinámicas. Es posible identificar
y relacionar entre sí muchas otras variables (como la densidad, el calor
específico, la compresibilidad o el coeficiente de expansión térmica), con lo
que se obtiene una descripción más completa de un sistema y de su relación con
el entorno.

Cuando un sistema macroscópico pasa de
un estado de equilibrio a otro, se dice que tiene lugar un proceso
termodinámico. Las leyes o principios de la termodinámica, descubiertos en el
siglo XIX a través de meticulosos experimentos, determinan la naturaleza y los límites
de todos los procesos termodinámicos.

En física, se denomina proceso termodinámico a la evolución de
determinadas magnitudes (o propiedades) propiamente termodinámicas relativas a
un determinado sistema físico. Desde el punto de vista de la termodinámica,
estas transformaciones deben transcurrir desde un estado de equilibrio inicial
a otro final; es decir, que las magnitudes que sufren una variación al pasar de
un estado a otro deben estar perfectamente definidas en dichos estados inicial
y final. De esta forma los procesos termodinámicos pueden ser interpretados
como el resultado de la interacción de un sistema con otro tras ser eliminada
alguna ligadura entre ellos, de forma que finalmente los sistemas se encuentren
en equilibrio (mecánico, térmico y/o material) entre sí.

De una manera menos abstracta, un proceso termodinámico puede ser
visto como los cambios de un sistema, desde unas condiciones iniciales hasta
otras condiciones finales, debidos a la desestabilización del sistema.

PROCESO
ISOTÉRMICO

Se denomina proceso isotérmico o proceso isotermo al cambio de temperatura reversible en un sistema termodinámico, siendo dicho cambio de temperatura constante en todo el sistema.

 La compresión o expansión de un gas ideal en
contacto permanente con un termostato es un ejemplo de proceso isotermo, y puede llevarse a cabo colocando el gas en contacto térmico con otro sistema de capacidad calorífica muy grande y a la misma temperatura que el gas; este otro sistema se conoce como foco caliente. De esta manera, el calor se transfiere muy lentamente, permitiendo que el gas se expanda realizando trabajo. Como la
energía interna de un gas ideal sólo depende de la temperatura y ésta permanece constante en la expansión isoterma, el calor tomado del foco es igual al trabajo realizado por el gas: Q = W.

Ejemplo de este tipo de proceso, son el de evaporación del agua y la
fusión del hielo. Pues estos tienen un cambio de temperatura, que es constante,
por lo que se le puede llamar, proceso isotérmico.

PROCESO ISOBÁRICO

Un proceso isobárico es
un proceso termodinámico que
ocurre a presión constante. En él, el calor transferido a presión constante está relacionado con el resto de variables mediante:
,
Donde:
 = Calor transferido.
 = Energía Interna.
 = Presión.
 = Volumen.
En un diagrama P-V, un proceso isobárico aparece como una línea
horizontal. Si la presión no cambia
durante un proceso, se dice que éste es isobárico. 

Un ejemplo de un proceso isobárico:
         Es la ebullición del agua en un recipiente abierto. Como el
contenedor está abierto, el proceso se efectúa a presión atmosférica constante.
En el punto de ebullición, la temperatura del agua no aumenta con la adición de
calor, en lugar de esto, hay un cambio de fase de agua a vapor.

PROCESO ISOCÓRICO

Un proceso isocórico, también llamado proceso isométrico o
isovolumétrico es un proceso termodinámico en el cual el volumen permanece constante; ΔV = 0. Esto implica que el
proceso no realiza trabajo presión-volumen, ya que éste se define
como: Z=PΔV;  donde P es la presión (el
trabajo es positivo, ya que es ejercido por el sistema).

Aplicando la primera ley de la termodinámica, podemos
deducir que Q, el cambio de la energía interna del sistema es: Q=ΔU, para un
proceso isocórico: es decir, todo el calor que
transfiramos al sistema quedará a su energía interna, U. Si la cantidad de gas permanece
constante, entonces el incremento de energía será proporcional al incremento detemperatura,

Q=nCVΔT, donde CV es el calor específico molar a volumen constante.

En un diagrama P-V, un proceso isocórico aparece como una línea
vertical. Desde el punto de vista de la termodinámica, estas transformaciones
deben transcurrir desde un estado de equilibrio inicial a
otro final; es decir, que las magnitudes que sufren una variación al pasar de
un estado a otro deben estar perfectamente definidas en dichos estados inicial
y final. De esta forma los procesos termodinámicos pueden ser interpretados
como el resultado de la interacción de un sistema con otro tras ser eliminada
alguna ligadura entre ellos, de forma que finalmente los sistemas se encuentren
en equilibrio (mecánico, térmico y/o material) entre si.

De una manera menos abstracta, un proceso termodinámico puede ser visto como
los cambios de un sistema, desde unas condiciones iniciales hasta otras
condiciones finales, debidos a la desestabilización del sistema.

Ejemplo:
¿Cuando se
incrementa la energía interna de 10g de hielo que esta a cero
grados centígrados cuando se transforma en agua manteniendo el volumen constante? 

como el proceso es isocorico, ya que no cambia el volumen, entonces w=0 y de acuerdo
con la primera ley de la termodinámica la cantidad de calor ganado por el hielo
es igual al cambio en su energia interna, es decir: Q= ΔU . Ahora bien, el
calor de fusion del hielo es Q=mLf. en donde Lf=80cal/g.

Sustituimos
valores en la relación anterior:

Q=(10g)(80cal/g)=800calpor tanto,
el cambio en la energía interna es: 

ΔU=Q=800cal
4.19J/1cal=3352J

PROCESO ADIABÁTICO

En termodinámica:

•Dicho de un proceso termodinámico, que se
produce sin intercambio de calor con el
exterior

En Física.

•Que no permite el intercambio de calor

•Que está aislado térmicamente

•Que está totalmente aislado del exterior

Las variaciones de volumen o presión de un cuerpo sinaumento o disminución de calor, es decir, no intercambia calor con su entorno. Un procesoadiabático que es además reversible se conoce comoproceso isotrópico.

El calentamiento y enfriamiento adiabático son
procesos que comúnmente ocurren
debido al cambio en la presión de un gas.
Esto puede ser cuantificado usando la ley de los gases ideales.

Un gas, al dilatarse adiabáticamente,
se enfría, pues la cantidad de calor que contiene se reparte en un volumen mayor; por
el contrario, la compresión adiabática
de dicho gas tiene
por efecto un aumento de su temperatura.

en climatización los
procesos de humectación (aporte de vapor de agua) son adiabáticos, puesto que no hay transferencia decalor, a pesar que se consiga variar la temperatura delaire y su humedad relativa.

Límite adiabático:

Se dice que un límite es adiabático
cuando el estado del sistema se puede cambiar únicamente moviendo el límite o
bien colocando al sistema en un campo de fuerzas exteriores (por ejemplo campos
eléctricos, magnéticos o gravitacionales). Esta noción será crucial en nuestra
próxima formulación de la Primera Ley. A veces se suele definir el límite
adiabático como aquél que es impermeable al flujo de calor.

PROCESO DIATÉRMICO

Se le llama Diatérmico a aquel cuerpo que deja pasar fácilmente calor.

límite diatérmico:

Se dice que un límite es diatérmico cuando permite que el estado del sistema se
modifique sin que haya movimiento del límite. La manera usual de definirlo es
que un límite es diatérmico cuando permite el flujo de calor a través de él.

Paredes diatérmicas:

Son aquellas que sí permiten que un sistema termodinámico modifique su grado
relativo de calentamiento.
PROBLEMAS