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.
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
Convención: Q positivo entra al sistema y W positivo es trabajo hecho por el sistema.
Magnitudes, símbolos y unidades
| Magnitud | Símbolo | Unidad | Símbolo de unidad | Nota |
|---|---|---|---|---|
| Cambio de energía interna | ΔU | joule | J | Función de estado. |
| Calor | Q | joule | J | Transferencia por diferencia térmica. |
| Trabajo | W | joule | J | Transferencia mecánica. |
| Presión | p | pascal | Pa | Variable de estado. |
| Volumen | V | metro cúbico | m³ | Variable de estado. |
Fórmulas derivadas
Trabajo de frontera
W=∫p dVProcedencia: 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
Representa la situación
Distingue el sistema, el entorno, los estados inicial y final y la magnitud buscada.
Comprueba las condiciones
Verifica que se defina el sistema, los estados y la convención de signos antes del balance.
Unifica unidades
expresar Q, W y ΔU en la misma unidad de energía y usar Pa·m³=J.
Sustituye con signos
Usa la relación ΔU = Q − W y conserva la convención declarada.
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.
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.
- Datos: p=100000 Pa; ΔV=0,010 m³.
- Principio: En un proceso isobárico, W=pΔV.
- Sustitución: W=100000×0,010.
- Cálculo o razonamiento: =1000.
- Resultado: W=1,0 kJ.
- Interpretación: Con la convención W>0 para trabajo hecho por el sistema, la expansión da signo positivo.
Recipiente rígido
W=0.
Problema: Se calienta un gas en un tanque rígido. ¿Qué trabajo pV realiza?
- Datos: ΔV=0.
- Principio: W=∫p dV.
- Sustitución: Como dV=0, W=0.
- Cálculo o razonamiento: No hay desplazamiento de frontera.
- Resultado: W=0.
- Interpretación: Puede cambiar la energía interna aunque el trabajo pV sea nulo.
Primera ley
ΔU=300 J.
Problema: Un sistema recibe Q=500 J y realiza W=200 J.
- Datos: Q=+500 J; W=+200 J por el sistema.
- Principio: ΔU=Q−W.
- Sustitución: ΔU=500−200.
- Cálculo o razonamiento: =300.
- Resultado: ΔU=300 J.
- Interpretación: La energía interna aumenta con la energía neta que permanece en el sistema.
Compresión
ΔU=+150 J.
Problema: Se hacen 150 J de trabajo sobre un gas y no hay calor.
- Datos: Q=0; trabajo por el sistema W=−150 J.
- Principio: ΔU=Q−W.
- Sustitución: ΔU=0−(−150).
- Cálculo o razonamiento: =150.
- Resultado: ΔU=+150 J.
- Interpretación: Trabajar sobre el gas aumenta su energía interna en este proceso adiabático.
Isotérmico ideal
ΔU=0.
Problema: Un gas ideal cambia de volumen mientras T permanece constante. ¿Cómo cambia U?
- Datos: Gas ideal; T constante.
- Principio: La energía interna ideal depende solo de T.
- Sustitución: ΔT=0.
- Cálculo o razonamiento: Entonces ΔU=0.
- Resultado: ΔU=0.
- Interpretación: El calor absorbido puede convertirse por completo en trabajo durante la expansión, sin violar la primera ley.
Adiabático
ΔU=−80 J.
Problema: Un gas se expande sin intercambiar calor y hace 80 J de trabajo.
- Datos: Q=0; W=80 J.
- Principio: ΔU=Q−W.
- Sustitución: ΔU=0−80.
- Cálculo o razonamiento: =−80.
- Resultado: ΔU=−80 J.
- Interpretación: Para un gas ideal, la disminución de energía interna implica menor temperatura.
Identificar isocórico
Proceso isocórico.
Problema: Una botella rígida y sellada se calienta.
- Datos: V y n constantes.
- Principio: Proceso con volumen constante=isocórico.
- Sustitución: Se identifica la variable fija.
- Cálculo o razonamiento: Clasificación.
- Resultado: Proceso isocórico.
- Interpretación: No debe llamarse isobárico: la presión suele aumentar.
Identificar isobárico
Proceso isobárico aproximado.
Problema: Un pistón con una carga constante se mueve lentamente al calentar el gas.
- Datos: Presión externa aproximadamente constante.
- Principio: Proceso a presión constante=isobárico.
- Sustitución: El volumen cambia para equilibrar la carga.
- Cálculo o razonamiento: Clasificación.
- Resultado: Proceso isobárico aproximado.
- Interpretación: La lentitud ayuda a mantener estados cercanos al equilibrio.
Ciclo completo
ΔU del ciclo=0.
Problema: Un sistema vuelve a su estado inicial tras un ciclo. ¿Cuál es ΔU?
- Datos: Estado final=estado inicial.
- Principio: U es función de estado.
- Sustitución: ΔU=Ufinal−Uinicial.
- Cálculo o razonamiento: =0.
- Resultado: ΔU del ciclo=0.
- Interpretación: Por la primera ley, el calor neto del ciclo iguala el trabajo neto hecho por el sistema.
Trayectorias distintas
Coincide ΔU.
Problema: Dos procesos unen los mismos estados pero recorren curvas p-V distintas. ¿Qué magnitudes coinciden?
- Datos: Mismos estados inicial y final.
- Principio: U es función de estado; Q y W dependen de la trayectoria.
- Sustitución: ΔU es igual; Q y W pueden diferir.
- Cálculo o razonamiento: Comparación conceptual.
- Resultado: Coincide ΔU.
- 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.
Pon a prueba lo aprendido
Pregunta 1 de 10
¿Cuál es la relación principal de Procesos termodinámicos?
Pregunta 2 de 10
¿Qué condición debe comprobarse antes de aplicarla?
Pregunta 3 de 10
¿Qué unidad o referencia es esencial en este tema?
Pregunta 4 de 10
¿Cuál es la idea física correcta?
Pregunta 5 de 10
¿Qué error debe evitarse?
Pregunta 6 de 10
¿Cómo debe tratarse el signo?
Pregunta 7 de 10
¿Con qué tema conviene compararlo?
Pregunta 8 de 10
¿Qué limita el modelo?
Pregunta 9 de 10
¿Qué paso debe hacerse antes de sustituir números?
Pregunta 10 de 10
¿Cómo se cierra un resultado físico?
Resultado del test
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Preguntas frecuentes
El cambio de energía interna resulta del calor y el trabajo transferidos según una convención explícita.
Cuando se defina el sistema, los estados y la convención de signos antes del balance.
expresar Q, W y ΔU en la misma unidad de energía y usar Pa·m³=J.
las leyes de gases relacionan estados bajo restricciones; la primera ley balancea energía en cualquier sistema termodinámico.
Los estados fuera de equilibrio y trayectorias irreversibles pueden requerir información adicional.
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/
Fuentes consultadas
- OpenStax University Physics Volume 2, 3.3: First Law of ThermodynamicsPrimera ley, energía interna, calor y trabajo.
- OpenStax University Physics Volume 2, 3.4: Thermodynamic ProcessesProcesos isobárico, isocórico, isotérmico y adiabático.
- OpenStax University Physics Volume 2, 1.1: Temperature and Thermal EquilibriumTemperatura, equilibrio térmico y ley cero.
- OpenStax University Physics Volume 2, 2.1: Molecular Model of an Ideal GasModelo ideal, ecuación de estado y desviaciones reales.
- DOE Fundamentals Handbook: Thermodynamics, Heat Transfer, and Fluid FlowReferencia oficial complementaria de termodinámica y transferencia de calor.
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Editorial Ejemplode
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