Procesos Reversibles E Irreversibles

Procesos reversibles e irreversibles

Las características de los sistemas:

Un sistema físico es una parte del Universo en la que tenemos un interés especial por eso la queremos estudiar. Es imprescindible especificar cuidadosamente lo que incluye este sistema.

Lo que queda fuera de él se denomina ambiente.

El sistema y el ambiente están separados por una frontera, cuyas características determinan el tipo de sistema.

Los que cuentan con fronteras permeables, se llama sistemas abiertos, éstos intercambian materia y energía con el ambiente.

Los sistemas cerrados, no intercambian materia con el ambiente, pero si energía en forma de trabajo o calor.

Los sistemas aislados son aquellos que están encerrados en recipientes que no se deforman (el volumen no cambia a medida que transcurre el tiempo) ni intercambian calor con el ambiente, son adiabáticos. En estos sistemas, como no hay cambios de volumen ni de forma, no hay trabajo mecánico realizado o recibido, por lo que su energía interna no cambia.

Los sistemas naturales rara vez se consideran aislados, con excepción del Universo.

Procesos, evoluciones o transformaciones de los sistemas:

El calor, el trabajo y la energía, son los conceptos básicos de la termodinámica, esta ciencia estudia los cambios de energía que acompañan a los procesos, evoluciones o transformaciones de los sistemas. La energía de un sistema es su capacidad de realizar trabajo.

Tipos de evoluciones o transformaciones de un sistema:

Las transformaciones debidas a evoluciones o modificaciones de los parámetros de estado de un sistema pueden producirse a diferentes maneras.

Evolución isotérmica o a temperatura constante:

Se denomina proceso isotérmico al cambio reversible en un sistema termodinámico, siendo dicho cambio a temperatura constante en todo el sistema. La compresión o expansión de un gas ideal 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 calórico. 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.

• Proceso isotérmico: En este proceso la temperatura permanece constante. Como la energía interna de una gas ideal sólo es función de la temperatura, en un proceso isotérmico de un gas ideal la variación de la energía interna es cero (∆U= 0) La curva hiperbólica se conoce como isotérmica.

Evolución isobárica o a presión constante:

Si la presión no cambia durante un proceso, se dice que éste es isobárico.

La energía entregada al sistema en forma de calor (Q) se transformó en trabajo mecánico (W) sobre el ambiente y en energía cinética ganada por las moléculas del gas (∆U). Según el primer principio de la termodinámica: Q = ∆U + W.

Para determinar el trabajo realizado hay que calcular el área bajo la curva que describe la evolución, mediante: W=p. (V2 – V1) donde V1 y V2 son los volúmenes de gas antes y después de la expansión.

Evolución isométrica, isocórica o a volumen constante:

Este proceso se realiza a volumen constante, en consecuencia, el trabajo es cero. Luego de la primera ley de la termodinámica se tiene que: ∆U = Q. Esto significa que en este tipo de proceso todo el calor suministrado a un sistema se usa para aumentar la energía interna del sistema.

Charles y Gay – Lussac descubrieron que, en una evolución a volumen constante, la presión y la temperatura son magnitudes proporcionales y el volumen es la constante de proporcionalidad. Esta es la ley de Charles y Gay – Lussac para una evolución a volumen constante, también denominada isométrica: V = P/T

Transformaciones adiabáticas:

Son aquellas en las cuales los cambios en el estado termodinámico del sistema se llevan a cabo sin intercambio de calor entre el sistema y el ambiente.

Se puede producir de dos formas:

• En el interior de un recipiente construido con algún material que no sea buen conductor de calor, es decir, adiabático.

• Realizando la compresión y expansión tan rápidamente que no llegue a intercambiarse calor con el ambiente.

Los tipos de procesos energéticos:

Los procesos o transformaciones que se producen espontáneamente en la naturaleza definen el sentido de la magnitud física tiempo.

Muchos procesos son irreversibles: se producen y no se puede volver atrás. Otros procesos son reversibles, ya que se transforman el uno en el otro cíclicamente.

Los procesos espontáneos, son los que ocurren de manera natural cuando se transfiere energía.

El segundo principio de la termodinámica:

El segundo principio de la termodinámica, dice que parte de la energía suministrada a un sistema se pierde en como energía de desecho, es

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