Procesos Termodinámicos

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Autor: Redacción Ejemplode.com, año 2018

En Termodinámica, los Procesos son cambios en un sistema que lo llevan de un estado de equilibrio inicial a un estado de equilibrio final. Los Procesos Termodinámicos pueden clasificarse de acuerdo con la variable que ha permanecido constante a lo largo de todo el cambio.

Un proceso termodinámico puede ser desde el derretimiento de un hielo, la combustión de un trozo de carbón, hasta la ignición de una mezcla de gasolina-aire para mover los pistones de un motor de combustión interna.

Ejemplo de Proceso Termodinámico, Combustión Interna

Variables en los procesos termodinámicos

Hay tres condiciones que pueden variar en un sistema termodinámico: Temperatura, Volumen y Presión. Los Procesos Termodinámicos se estudian en Gases, dado que los líquidos son incompresibles y en estos no se producen cambios de volumen. Además, porque las altas temperaturas hacen que los líquidos se conviertan en gases. En los sólidos no se hacen estudios termodinámicos porque son incompresibles y no se produce ningún trabajo mecánico en ellos.

Temperatura

La Temperatura es la medida de la energía cinética promedio de las partículas que componen al gas. Cuando aumenta la Temperatura, las partículas de gas en el sistema se agitan más, golpeando con más frecuencia las paredes del recipiente que lo contiene. Esto nos da como resultado una Presión mayor, que puede llevar a un aumento de Volumen. Cuando ocurre que la Presión propicia un cambio de Volumen, se habrá generado un trabajo mecánico que se podrá aprovechar en un proceso siguiente.

Hay veces en que se va a requerir disminuir la Temperatura del sistema. Comúnmente, se podrá poner en contacto el sistema con algún Refrigerante. El gas dentro del sistema se va a enfriar. Esto implica que las partículas se junten cada vez más, ocupando un volumen menor. Cuando el sistema comenzó en determinado volumen, se tratará este fenómeno como una disminución de volumen, generando así un trabajo mecánico hacia el interior del sistema, que lo “comprime”, por así decirlo.

Cuando la Temperatura se mantiene constante, es el cambio de las otras variables el que define el avance del Proceso Termodinámico.

Volumen

El Volumen usualmente tiene cambios que dependen de la variación de las otras variables: Temperatura y Presión. Cuando se hace un cambio en la Temperatura, el gas responderá. Calentando, el gas se va a expandir, abarcando volumen mayor. Enfriando, el gas  se va a comprimir, abarcando volumen más pequeño.

Cuando se hace un cambio en la Presión, el gas responderá también. Aumentando la Presión, el gas se comprimirá, abarcando un volumen pequeño. Cuando se disminuye la Presión, el gas se va a expandir o liberar, abarcando un Volumen Mayor.

Los Cambios de Volumen llevan implicada la realización de un Trabajo Mecánico W. Para cuando la Presión es constante y se da un cambio finito de Volumen, la fórmula para calcular el Trabajo Mecánico es el valor de la Presión constante multiplicada por el brinco o cambio de Volumen:

W = PΔV

Cuando el Volumen se mantiene constante, es el cambio en las otras variables el que define el avance del Proceso Termodinámico.

Presión

Usualmente, la Presión queda definida por la cantidad de gas presente en el sistema; estará dada inicialmente por el choque de las partículas contra las paredes del recipiente. Además, la Presión se puede añadir mediante agentes externos, como compresores o bombas de vacío.

El gas va a responder a los cambios de Presión: cuando se aumenta, el gas quedará comprimido, abarcando un Volumen menor. Cuando se disminuye, el gas quedará libre, ocupando un Volumen Mayor.

Estos cambios de Presión van directamente vinculados, como se ve, a los cambios de Volumen, por lo que ambas variables son las que dan un valor al Trabajo Mecánico realizado.

Cuando la Presión se mantiene constante, es el cambio de las otras variables el que define el avance del Proceso Termodinámico.

Tipos de Procesos Termodinámicos

Los Procesos Termodinámicos tienen una  clasificación que se enfoca en mantener una de las variables constante, ya sea Temperatura, Volumen ó Presión. Además, se emplean otros criterios como el intercambio de energía, y la Variación de Todas las variables.

Proceso Isotérmico

El Proceso Isotérmico es el paso de un Estado de Equilibrio Inicial a un Estado de Equilibrio Final, en que se mantiene constante la Temperatura.

Un ejemplo de Proceso Isotérmico es la conversión de Hielo a Agua Líquida, a la Temperatura del Punto de Fusión, que es a 0°C. No hay cambio de Temperatura, porque el fenómeno físico se enfoca en el cambio de fase. Ahí está concentrada la energía. El Hielo está asimilando el Calor de Fusión, que es una porción de Energía que se encarga sólo del paso de estado sólido a líquido.

Cuando se trate de un recipiente donde se contenga un gas, la realización del Trabajo Mecánico dependerá de que varíen el Volumen y la Presión.

Derretimiento de un hielo, Proceso Isotérmico

Proceso Isométrico o Isocórico

El Proceso Isométrico o Isocórico es aquel en que se mantiene constante la variable Volumen. Cuando se trata de un Pistón, al mantenerse igual el Volumen en todo el Proceso, no se verificará un Trabajo Mecánico.

Al verse limitado el proceso a la variación de la Presión y la Temperatura, el gas tendrá dos resultados diferentes: Se mantendrá a una temperatura estable al no poder comprimirse ni dilatarse, y los valores de Presión podrán llegar a extremos notables, confinados en ese espacio único.

Proceso Isobárico

El Proceso Isobárico es aquel en que la Presión se mantiene constante. La variación de la Temperatura y el Volumen van a definir el desarrollo de éste. El Volumen puede cambiar libremente cuando la Temperatura se modifica.

Cuando se calienta el sistema, el gas se dilatará, y el sistema se va a expandir libremente. Ahí se verificará el cambio de volumen que definirá el Trabajo Mecánico.

Cuando el sistema se enfría, el gas se va a contraer, y el sistema va a abarcar un volumen más pequeño. Ahí se verificará la reducción de volumen que va a definir el Trabajo Mecánico.

Proceso Politrópico

El Proceso Politrópico es aquel en el que todas las variables cambian. Para calcular el Trabajo realizado en este proceso, se recurre a ecuaciones de Presión que estén en función del Volumen, y éstas se integran para llegar al valor del Trabajo.

Proceso Adiabático

El Proceso Adiabático es aquel Proceso Termodinámico en el que no se realiza intercambio de calor desde el sistema al exterior ni en sentido contrario. Ejemplo de este tipo de procesos son los que pueden realizarse dentro de un termo para bebidas.

Termo para conservar calor en bebidas

Ejemplos de Procesos Termodinámicos

Proceso Isotérmico a Baja Presión

Proceso Isotérmico a Alta Presión

Proceso Isométrico o Isocórico a Baja Presión

Proceso Isométrico o Isocórico a Alta Presión

Proceso Isobárico a Baja Temperatura

Proceso Isobárico a Alta temperatura

Proceso adiabático a Baja Presión

Proceso Adiabático a Alta Presión

Proceso Adiabático a Baja Temperatura

Proceso Adiabático a Alta Temperatura

Proceso Politrópico

Citado APA: (A. 2018,04. Procesos Termodinámicos. Revista Ejemplode.com. Obtenido 04, 2018, de https://www.ejemplode.com/37-fisica/4956-procesos_termodinamicos.html)

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Autor: Redacción Ejemplode.com, año 2018

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