PROCESOS TERMODINÁMICOS
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 especialmente 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.
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
isobárico
Es un proceso que se realiza a presión
constante.En un proceso isobárico, se
realiza tanto transferencia de calor
como trabajo. El valor del trabajo es simplemente
P (Vf - Vi), y la primera ley de la
termodinámica se escribe:
ΔU = Q – P (Vf -
Vi)
Un proceso isobárico es un proceso
termodinámico que ocurre a presión constante. En el calor transferido a presión
constante está relacionado con el resto de variables mediante:
Donde:
P = Presión.
V = Volumen.
En un diagrama P-V, un proceso
isobárico aparece como una línea horizontal.
eso es del proceso isobarico
Proceso isobárico de un gas
Una expansión isobárica es un proceso
en el cual un gas se expande (o contrae) mientras que la presión del mismo no
varía, es decir si en un estado 1 del proceso la presión es P1 y en el estado 2
del mismo proceso la presión es P2, entonces P1 = P2.
Proceso isocórico:
Este proceso es también conocido como
isométrico, o isovolumétrico, pues es el proceso termodinámico donde el volumen, en todo momento, permanece constante, ΔV=0, por lo cual no se
realiza un trabajo presión-volumen, pues se define a dicho proceso como:
ΔW = PΔV,
·
P, hace
referencia a la presión.
·
W, es el trabajo, que en este caso es
positivo, pues es ejercido por el sistema.
·
V, es el volumen.
Si aplicamos la primera ley de la termodinámica, o principio de conservación de la energía, que dice que
todo sistema termodinámico que se encuentra en estado de equilibrio, posee una
variable de estado, denominada energía interna (U), podemos deducir
que Q ( variación de energía o calor del sistema, medido
en Kcal) para un proceso isocórico es:
Q = ΔU,
lo que refleja que todo el calor que se le transfiere al sistema, queda
en el sistema en forma de su energía interna, U.
Si el gas permanece constante, el aumento de energía hará que aumente
también la temperatura, por lo que:
Q = nCVΔT,
de donde CV, se refiere al calor específico
molar a volumen constante.
En una gráfica, donde representemos presión frente al volumen (P-V), en
el proceso isocórico será una línea vertical.
En la siguiente gráfica se representa P-T, donde vemos que a distintos valores de presión y temperatura, se producen distintas líneas isocóricas, todas ellas a igual volumen.
En la siguiente gráfica se representa P-T, donde vemos que a distintos valores de presión y temperatura, se producen distintas líneas isocóricas, todas ellas a igual volumen.
Proceso isotérmico.
Un proceso isotérmico es aquel que se
realiza a temperatura constante. La gráfica de P versus V para un gas
ideal, manteniendo la temperatura constante es una curva hiperbólica llamada
isoterma. Como la energía interna
De un gas ideal es solo función de la
temperatura, entonces en un proceso isotérmico
Para un gas ideal ΔU = 0 y Q = W.
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.
Una curva isoterma es una línea
que sobre un diagrama representa los valores sucesivos de las diversas
variables de un sistema en un proceso isotermo. Las isotermas de un gas
ideal en un diagrama P-V, llamado diagrama de Clapeyron, son hipérbolas equiláteras, cuya ecuación es P•V = constante.
PROCESO
ADIABÁTICO
Es un proceso termodinámico, que se produce sin
intercambio de calor con el exterior:
Que no permite el intercambio de calor, que está
aislado térmicamente, que está totalmente aislado del exterior.
El término adiabático hace referencia a elementos
que impiden la transferencia de calor con el entorno. Una pared aislada se
aproxima bastante a un límite adiabático. Otro ejemplo es la temperatura
adiabática de llama, que es la temperatura que podría alcanzar una llama si no
hubiera pérdida de calor hacia el entorno. En climatización los procesos de
humectación (aporte de vapor de agua) son adiabáticos, puesto que no hay
transferencia de calor, a pesar que se consiga variar la temperatura del aire y
su humedad relativa.
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.
Las variaciones de volumen o presión de un cuerpo
sin aumento o disminución de calor, es decir, no intercambia calor con su
entorno. Un proceso adiabático que es además reversible se conoce como proceso
isotrópico.
La ecuación matemática que describe un proceso
adiabático en un gas es:
PVr = Constante
Donde P es la presión del gas, V su volumen y:
r=Cp/Cv
El coeficiente adiabático, siendo Cp el calor
específico molar a presión constante y Cv el calor específico molar a volumen
constante. Para un gas monoatómico ideal, r = 5/3.
Ejercicios
1.- Si en un sistema el gas sufre
una expansión adiabática. ¿Cuánto calor es trasferido a los alrededores?
a) Cero
b) Muy poco
c) Regular
d) Demasiado
2.- Si la variación de la energía
interna es cero, el proceso que efectúa el sistema es…
a) adiabático
b)isobárico
c)isocórico
d) isotérmico
3.- Si un sistema absorbe calor y
realiza trabajo debido a su expansión, de forma tal que su variación de energía
interna es negativa, ello indica que el trabajo es:
a) mayor que el calor absorbido
b) menor que el calor absorbido
c) cero respecto al calor absorbido
d) constante respecto al calor
absorbido
4.- Un gas contenido en un cilindro
con pistón se expande al ponerlo en contacto con calor. Si la energía interna
no varia, el trabajo realizado por el gas es __________ al calor absorbido.
a) Cero
b) igual
c)mayor
d)menor
5.- Si el sistema de un gas realiza
trabajo disminuye su ______ y el signo asociado es ______
a)calor - negativo
b)calor - constante
c)energía interna - positivo
d) energía interna – negativo
6.- En un proceso termodinámico en
el que el volumen es constante, ¿Qué condición se cumple?
a)Tr=Q y ΔEi=0
b)Tr=0 y ΔEi=0
c)Tr=0 y ΔEi=Q
d) Tr=Q y ΔEi=Q
7.- Considerando que el sistema sea
diatérmico, si este absorbe calor, su energía interna _______ y el signo del
calor es _________
a) disminuye - negativo
b)aumenta – positivo
c)es constante - positivo
d)aumenta - negativo
8.- Si el sistema libera calor,
disminuye su ______ y el signo del calor será _________
a) energía interna - negativo
b) temperatura - positivo
c)temperatura - constante
d)energía interna - cero
9.- El proceso en el cual todo el
trabajo suministrado al sistema incrementa en la misma proporción la energía
interna se llama....
a) isocórico
b)isobárico
c)adiabático
d)isotérmico
10.- Nombre del proceso en el que
no se efectúa trabajo mecánico, ya que no hay variación de volumen:
a) isobárico
b)isocórico
c)isotérmico
d)adiabático
11.- Nombre del proceso en el que
varían el volumen y la temperatura, por lo que el sistema puede hacer o recibir
trabajo mecánico:
a)adiabático
b)isobárico
c)isocórico
d)isotérmico
12.- Nombre del proceso donde no
existe intercambio de calor con los alrededores.
a)isotérmico:
b)adiabático
c)isocórico
d)isobárico
Me parece un blog entretenido muy completo pero tu que opinarias de este tema
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