FÍSICA

TEMAS:

PROCESOS TÉRMICOS,

PROCESOS ISOTÉRMICOS.

TERMODINÁMICA

La termodinámica es la rama de la física que estudia los cambios de magnitudes de los sistemas a un nivel macroscópico. También podemos decir que la termodinámica nace para explicar los procesos de intercambio de masa y energía térmica entre sistemas térmicos diferentes.

Para tener un mayor manejo especificaremos que calor significa “energía en transito” y dinámica se refiere al “movimiento”, por lo que, en esencia, la termodinámica estudia la circulación de la energía y como la energía y como la energía y como la energía infunde movimiento.

Históricamente, la termodinámica se desarrollo a partir de la necesidad de aumentar la eficiencia de las primeras maquinas de vapor.

El punto de partida para la mayor parte de las consideraciones termodinámicas son las leyes de la termodinámica, que postulan que la energía puede ser intercambiada entre sistemas en forma de calor o trabajo.

PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA.

Establece que si se realiza trabajo sobre un sistema o bien éste intercambia calor con otro, la energía interna del sistema cambiará. Visto de otra forma, esta ley permite definir el calor como la energía necesaria que debe intercambiar el sistema para compensar las diferencias entre trabajo y energía interna.

Definición matemática de la primera ley de la termodinámica. La variación en la energía interna de un sistema es igual a la diferencia entre el calor tomado por el sistema y el trabajo realizado por el sistema.

La ecuación general de la conservación de la energía es la siguiente:

E_entra − E_sale = ΔE_sistema

Que aplicada a la termodinámica teniendo en cuenta el

Criterio de signos termodinámico, queda de la forma:

ΔU = Q − W

Donde U es la energía interna del sistema (aislado), Q es la

Cantidad de calor aportado al sistema y W es el trabajo realizado por

El sistema.

SEGUNDA LEY DE LA TERMODINAMICA.

Existen diferentes formas de enunciar la segunda ley de la termodinámica, pero en su versión más simple, establece que

“el calor jamás fluye espontáneamente de un objeto frío a un objeto caliente”.

Esta ley arrebata la dirección en la que deben llevarse a cabo los procesos termodinámicos y, por lo tanto, la imposibilidad de que ocurran en el sentido contrario

Esta forma, la segunda ley impone restricciones para las transferencias de energía que hipotéticamente pudieran llevarse a cabo teniendo en cuenta sólo el Primer Principio.

Forma de Kelvin – Planck de la segunda ley de la termodinámica.

En la práctica, se encuentra que todas las máquinas térmicas sólo convierten

Una pequeña fracción del calor absorbido en trabajo mecánico. En base a este

Hecho, el enunciado de Kelvin – Planck de la segunda ley de la termodinámica

Es el siguiente:

  “es imposible construir una máquina térmica que, operando en un ciclo, no tenga otro efecto que absorber la energía térmica de una fuente y realizar la misma cantidad de trabajo”.

 

Enunciado de Clausius de la segunda ley de la termodinámica.

Resulta deseable construir un refrigerador que pueda realizar su

Proceso con el mínimo de trabajo. Si se pudiera construir uno

Donde el proceso de refrigeración se realice sin ningún trabajo, se

Tendría un refrigerador perfecto. Esto es imposible, porque se

Violaría la segunda ley de la termodinámica, que es el enunciado de

Clausius

“es imposible construir una máquina cíclica, que no tenga otro

Efecto que transferir calor continuamente de un cuerpo hacia otro,

Que se encuentre a una temperatura más elevada”.

Tercera ley de la termodinámica

La Tercera de las leyes de la termodinámica, propuesta por Walther Nernst, afirma que es imposible alcanzar una temperatura igual al cero absoluto mediante un número finito de procesos físicos. Puede formularse también como que a medida que un sistema dado se aproxima al cero absoluto, su entropía tiende a un valor constante específico. La entropía de los sólidos cristalinos puros puede considerarse cero bajo temperaturas iguales al cero absoluto. No es una noción exigida por la Termodinámica clásica, así que es probablemente inapropiado tratarlo de “ley”.

Procesos termodinámicos

Transformación termodinámica, cuando al menos una de

Las coordenadas termodinámicas no cambia. Los procesos más

Importantes son:

ž  Procesos isotérmicos: son procesos en los que la temperatura no cambia.

ž  Procesos isobáricos: son procesos en los cuales la presión no varía.

ž  Procesos isócoros: son procesos en los que el volumen permanece constante.

ž  Procesos adiabáticos: son procesos en los que no hay transferencia de calor alguna.

Proceso isotérmico

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.

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.