TERMODINÁMICA, CALOR Y GASES

Procesos termodinámicos: tipos y ejemplos

En un pistón el gas puede expandirse, calentarse o aislarse. El nombre del proceso depende de qué condición se mantiene y el balance energético depende del calor y el trabajo intercambiados.

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Editorial Ejemplode 7 min Revisado editorialmente
Respuesta rápida

Un proceso termodinámico lleva un sistema entre estados. Con trabajo positivo hecho por el sistema, la primera ley es ΔU=Q−W. Isobárico mantiene p, isocórico V, isotérmico T y adiabático Q=0.

    Qué sucede en esta situación

    Los procesos no se limitan a gases: líquidos, sólidos y sistemas multifásicos también se estudian termodinámicamente. Las fórmulas de gas ideal son un modelo particular.

    Diagrama presión-volumen con procesos isobárico, isocórico e isotérmico
    La trayectoria p-V determina el trabajo, mientras ΔU depende solo de los estados.

    Qué explica y qué no explica

    Idea física: El cambio de energía interna resulta del calor y el trabajo transferidos según una convención explícita.

    Condición: Se defina el sistema, los estados y la convención de signos antes del balance.

    Límite: Los estados fuera de equilibrio y trayectorias irreversibles pueden requerir información adicional.

    Conexiones de la familia

    Para distinguir mecanismos y elegir el modelo adecuado, continúa con Entalpía y compáralo con Entropía.

    Fórmula principal

    Primera ley de la termodinámicaΔU = Q − W

    Convención: Q positivo entra al sistema y W positivo es trabajo hecho por el sistema.

    Magnitudes, símbolos y unidades

    MagnitudSímboloUnidadSímbolo de unidadNota
    Cambio de energía internaΔUjouleJFunción de estado.
    CalorQjouleJTransferencia por diferencia térmica.
    TrabajoWjouleJTransferencia mecánica.
    PresiónppascalPaVariable de estado.
    VolumenVmetro cúbicom³Variable de estado.

    Fórmulas derivadas

    Trabajo de frontera

    W=∫p dV

    Procedencia: Suma del trabajo durante el cambio de volumen.

    Cuándo usarla: Proceso cuasiestático con presión de frontera definida.

    Proceso isobárico

    W=p(V₂−V₁)

    Procedencia: La presión constante sale de la integral.

    Cuándo usarla: p constante.

    Cómo resolver problemas de procesos termodinámicos

    1. Representa la situación

      Distingue el sistema, el entorno, los estados inicial y final y la magnitud buscada.

    2. Comprueba las condiciones

      Verifica que se defina el sistema, los estados y la convención de signos antes del balance.

    3. Unifica unidades

      expresar Q, W y ΔU en la misma unidad de energía y usar Pa·m³=J.

    4. Sustituye con signos

      Usa la relación ΔU = Q − W y conserva la convención declarada.

    5. Interpreta el resultado

      Comprueba unidad, orden de magnitud, dirección y límite del modelo.

    10 ejemplos explicados de procesos termodinámicos

    Cada solución avanza de la situación concreta a la interpretación del resultado. Comprueba los datos, las unidades y el sentido de la conclusión antes de continuar.

    1

    Pistón a presión constante

    W=1,0 kJ.

    Problema: Un gas se expande de 0,020 a 0,030 m³ a 100 kPa. Halla el trabajo hecho por el gas.

    1. Datos: p=100000 Pa; ΔV=0,010 m³.
    2. Principio: En un proceso isobárico, W=pΔV.
    3. Sustitución: W=100000×0,010.
    4. Cálculo o razonamiento: =1000.
    5. Resultado: W=1,0 kJ.
    6. Interpretación: Con la convención W>0 para trabajo hecho por el sistema, la expansión da signo positivo.
    2

    Recipiente rígido

    W=0.

    Problema: Se calienta un gas en un tanque rígido. ¿Qué trabajo pV realiza?

    1. Datos: ΔV=0.
    2. Principio: W=∫p dV.
    3. Sustitución: Como dV=0, W=0.
    4. Cálculo o razonamiento: No hay desplazamiento de frontera.
    5. Resultado: W=0.
    6. Interpretación: Puede cambiar la energía interna aunque el trabajo pV sea nulo.
    3

    Primera ley

    ΔU=300 J.

    Problema: Un sistema recibe Q=500 J y realiza W=200 J.

    1. Datos: Q=+500 J; W=+200 J por el sistema.
    2. Principio: ΔU=Q−W.
    3. Sustitución: ΔU=500−200.
    4. Cálculo o razonamiento: =300.
    5. Resultado: ΔU=300 J.
    6. Interpretación: La energía interna aumenta con la energía neta que permanece en el sistema.
    4

    Compresión

    ΔU=+150 J.

    Problema: Se hacen 150 J de trabajo sobre un gas y no hay calor.

    1. Datos: Q=0; trabajo por el sistema W=−150 J.
    2. Principio: ΔU=Q−W.
    3. Sustitución: ΔU=0−(−150).
    4. Cálculo o razonamiento: =150.
    5. Resultado: ΔU=+150 J.
    6. Interpretación: Trabajar sobre el gas aumenta su energía interna en este proceso adiabático.
    5

    Isotérmico ideal

    ΔU=0.

    Problema: Un gas ideal cambia de volumen mientras T permanece constante. ¿Cómo cambia U?

    1. Datos: Gas ideal; T constante.
    2. Principio: La energía interna ideal depende solo de T.
    3. Sustitución: ΔT=0.
    4. Cálculo o razonamiento: Entonces ΔU=0.
    5. Resultado: ΔU=0.
    6. Interpretación: El calor absorbido puede convertirse por completo en trabajo durante la expansión, sin violar la primera ley.
    6

    Adiabático

    ΔU=−80 J.

    Problema: Un gas se expande sin intercambiar calor y hace 80 J de trabajo.

    1. Datos: Q=0; W=80 J.
    2. Principio: ΔU=Q−W.
    3. Sustitución: ΔU=0−80.
    4. Cálculo o razonamiento: =−80.
    5. Resultado: ΔU=−80 J.
    6. Interpretación: Para un gas ideal, la disminución de energía interna implica menor temperatura.
    7

    Identificar isocórico

    Proceso isocórico.

    Problema: Una botella rígida y sellada se calienta.

    1. Datos: V y n constantes.
    2. Principio: Proceso con volumen constante=isocórico.
    3. Sustitución: Se identifica la variable fija.
    4. Cálculo o razonamiento: Clasificación.
    5. Resultado: Proceso isocórico.
    6. Interpretación: No debe llamarse isobárico: la presión suele aumentar.
    8

    Identificar isobárico

    Proceso isobárico aproximado.

    Problema: Un pistón con una carga constante se mueve lentamente al calentar el gas.

    1. Datos: Presión externa aproximadamente constante.
    2. Principio: Proceso a presión constante=isobárico.
    3. Sustitución: El volumen cambia para equilibrar la carga.
    4. Cálculo o razonamiento: Clasificación.
    5. Resultado: Proceso isobárico aproximado.
    6. Interpretación: La lentitud ayuda a mantener estados cercanos al equilibrio.
    9

    Ciclo completo

    ΔU del ciclo=0.

    Problema: Un sistema vuelve a su estado inicial tras un ciclo. ¿Cuál es ΔU?

    1. Datos: Estado final=estado inicial.
    2. Principio: U es función de estado.
    3. Sustitución: ΔU=Ufinal−Uinicial.
    4. Cálculo o razonamiento: =0.
    5. Resultado: ΔU del ciclo=0.
    6. Interpretación: Por la primera ley, el calor neto del ciclo iguala el trabajo neto hecho por el sistema.
    10

    Trayectorias distintas

    Coincide ΔU.

    Problema: Dos procesos unen los mismos estados pero recorren curvas p-V distintas. ¿Qué magnitudes coinciden?

    1. Datos: Mismos estados inicial y final.
    2. Principio: U es función de estado; Q y W dependen de la trayectoria.
    3. Sustitución: ΔU es igual; Q y W pueden diferir.
    4. Cálculo o razonamiento: Comparación conceptual.
    5. Resultado: Coincide ΔU.
    6. Interpretación: No basta conocer extremos para hallar por separado calor y trabajo.

    Ahora te toca a ti

    Ejercicio 1

    Q=700 J y W=250 J. Halla ΔU.

    Comprobar respuesta

    Respuesta: 450 J

    ΔU=Q−W.

    Ejercicio 2

    Un gas recibe 100 J de trabajo y Q=0.

    Comprobar respuesta

    Respuesta: ΔU=+100 J

    W por el gas es −100 J.

    Ejercicio 3

    ¿Qué proceso tiene V constante?

    Comprobar respuesta

    Respuesta: Isocórico

    Su trabajo pV es cero.

    Ejercicio 4

    ¿Qué proceso tiene Q=0?

    Comprobar respuesta

    Respuesta: Adiabático

    No implica temperatura constante.

    Ejercicio 5

    En un ciclo, ¿cuánto vale ΔU?

    Comprobar respuesta

    Respuesta: 0

    El estado final coincide con el inicial.

    Errores frecuentes

    Error: Aplicar la fórmula sin comprobar que se defina el sistema, los estados y la convención de signos antes del balance.

    Corrección: Declara primero las condiciones del proceso.

    Si cambia una variable que el modelo supone fija, la relación deja de describir el caso.

    Error: Cambiar la convención de W a mitad del cálculo o suponer que todo proceso ocurre en un gas.

    Corrección: expresar Q, W y ΔU en la misma unidad de energía y usar Pa·m³=J.

    Las unidades forman parte de la magnitud y permiten detectar sustituciones incoherentes.

    Error: Afirmar que líquidos y sólidos no tienen procesos termodinámicos.

    Corrección: El cambio de energía interna resulta del calor y el trabajo transferidos según una convención explícita.

    La corrección conecta el cálculo con el fenómeno físico observable.

    Error: Ocultar o cambiar el signo del resultado.

    Corrección: Q entra positivo y W hecho por el sistema es positivo en la convención usada aquí.

    Debe declararse una convención y conservarla durante todo el procedimiento.

    Error: Extender el modelo fuera de su intervalo útil.

    Corrección: Indica el límite: los estados fuera de equilibrio y trayectorias irreversibles pueden requerir información adicional.

    Una fórmula puede ser exacta dentro de un modelo y aun así requerir cautela en un sistema real.

    Test de 10 preguntas

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    Pregunta 1 de 10

    ¿Cuál es la relación principal de Procesos termodinámicos?

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    Fuentes y revisión editorial

    Cómo citar este artículo

    Editorial Ejemplode. (2026, 5 de agosto). Procesos termodinámicos: tipos y ejemplos. https://www.ejemplode.com/fisica/procesos-termodinamicos/

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