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Proceso Termodinámico

Introducción

En Física los fenómenos (físicos) se estudian con el fin de obtener datos que permitan modelarlo, con el objetivo de poder predecir fenómenos similares o que tengan relación con otros. Dependiendo del fenómeno y el fin con el que se quiere estudiar, el observador recolecta ciertos datos de sus propiedades, si dichos datos cambian con el trancurso del experimento, se dice que se tiene un valor variable, si no, se dice que se tiene un valor constante, es importante señalar que en un experimento un valor que se desea medir es variable, en otro experimento, este valor puede ser constante. En muchos casos se aislan los fenómenos de agentes que puedan cambiar su desenlace, es decir, se quitan variables que influyan en el proceso del experimento, debido a que entre menos variables se tengan que medir, su modelización es más fácil y matemáticamente es más sencillo trabajar con relaciones que impliquen menos variables. En la mayoría de las aplicaciones se trabaja con modelos ideales, es decir modelos en los que no se toman en cuenta todas las variables que puedan existir y se desprecian aquellas que no son importantes para el estudio que se está realizando, o que influyen poco en el resultado del experimento. Los objetos que forman el fenómeno se llama sistema, aquellas partes que no pertenezcan al sistema se le llaman alrededores del sistema o medio ambiente. Cuando el sistema evoluciona se dice que experimenta un proceso, es decir se encuentra de un estado inicial, luego pasa por una serie de cambios hasta llegar a un estado final, un estado el cual no evoluciona, en la mayoría de los casos, la evolución se toma con respecto del tiempo, es decir conforme el tiempo pasa el sistema cambia de un estado a otro, aunque existen sistemas en los cuales el tiempo no influye, como puede ser un fenómeno en el que cambie dependiendo su posición (lugar donde se encuentra el sistema).

Termodinámica

En termodinámica en la mayoría de los procesos solo se toman en cuenta cuatro propiedades:

• Temperatura
• Volumen
• Presión
• Masa

Estas variables son importante para el estudio de fenómenos termodinámicos en los cuales están relacionadas entre si por los modelos termodinámicos, por lo general si una variable cambia las demás también lo hacen, pero dependiendo del experimento es posible convertir algunas de esas variables en constantes y así trabajar con menos variables. Dependiendo del caso, un proceso puede tener un nombre particular para describir que propiedades son variables y cuales no:

• Proceso Isobárico: Proceso en el que la presión permanece constante.
• Proceso Isotérmico: Proceso en el que la temperatura permanece constante.
• Proceso Isométrico ó Isocórico: Proceso en el que el volumen permanece constante.
• Proceso Isentalpico: Proceso en el que la Entalpía permanece constante.
• Proceso Isentrópico: Proceso en el que la Entropía permanece constante.

Proceso isotérmico.

En todos los casos anteriores, solamente un valor es constante, los demás son variables.

• Proceso Politrópicos: Proceso en donde todas sus variables no son constantes

Los proceso politrópicos son más comunes, a que es más fácil que las propiedades termodinámicas sean variables, a que algunas se fijen como constantes.

Proceso reversible, irreversible y ciclos

En un proceso, al pasar de su estado inicial a su estado final, es posible regresar del estado final al estado inicial, sin importar el método o camino que se tome para llegar al estado inicial, se dice que es un proceso reversible, en caso contrario, es decir que no se pueda regresar al estado inicial se dice que es un proceso irreversible. Si en un proceso reversible, evoluciona el cual al finalizar regresa a su estado inicial, se dice que se completa un ciclo. Existen cuatro procesos de ciclos que son fundamentrales:

• Máquina termodinámica: El sistema extrae calor de una reserva de temperatura, el calor se convierte en trabajo, el cual puede ser utilizado por la máquina para realizar alguna acción, luego parte del calor se regresa a una reserva de temperatura.
• Refrigerador: El sistema extrae calor de una reserva de temperatura y luego recibe trabajo, el calor y el trabajo se transforman en una cantidad de calor (menor que el calor que se extrajo) que regresa a una reserva de temperatura.
• Conducción de calor: Una cantidad de calor fluye de una reserva de temperatura a otra reserva de temperatura.
• Conversión de trabajo en calor: Se realiza trabajo sobre el sistema, y esta energía se transforma en forma de calor a una reserva de temperatura.

es importante señalar que no existen procesos cíclicos en los cuales al extraer el calor, se convierta todo el calor en energía, siempre parte del calor interacciona con el ambiente y el calor se pierde, tampoco es posible que si se extrae calor de una reserva y al transportarla sin aplicar otro método, la temperatura aumente.

Proceso Adiabático

En la práctica es técnicamente imposible aislar totalmente un sistema del ambiente, por lo general, en los modelos idealizados se supone que los sistemas se aislan completamente de ciertos agentes, en un sistema termodinámico es importante aislar el sistema completamente del calor, es decir que no pueda recibir pero tampoco transmitir calor o que el calor escape de forma que se pueda controlar y no por las paredes del sistema u otro medio. Entonces:

• Proceso Adiabático: Proceso en el que no se transmite calor, el sistema se aisla para no recibir o enviar calor al ambiente.

Gráfico de un proceso adiabático en función de p y V.

Los procesos adiabáticos se pueden clasificar en:

• Proceso Adiabático Irreversible: Proceso adiabático que es irreversible, pero el sistema pierde energía en forma de trabajo.
• Proceso de estrangulamiento: Proceso adiabático que es irreversible, sin que el sistema pierda energía en forma de trabajo.
• Proceso Isentrópico: Proceso adiabático que es reversible.