Se denomina proceso termodinámico a la evolución de unas determinadas magnitudes o propiedades en relación a un determinado sistema termodinámico. Estas propiedades se denominan propiedades termodinámicas.
Para poder estudiar un proceso termodinámico se requiere que el sistema esté en equilibrio termodinámico en el punto inicial y final del proceso. Es decir, que las magnitudes que sufren una variación al pasar de un estado a otro deben estar completamente definidas en sus estados inicial y final.
Un proceso termodinámico también puede ser visto como los cambios de un sistema, desde unas condiciones iniciales hasta otras condiciones finales.
Un proceso termodinámico puede ser reversible o irreversible. Todas las transformaciones reales son irreversibles, ya que las fricciones no se pueden eliminar por completo, por lo que la condición de reversibilidad es solo una aproximación teórica.
La teoría de los procesos térmicos se aplica al diseño de motores, unidades de refrigeración, industria química y meteorología.
Tipos de procesos termodinámicos
Los principales procesos termodinámicos son los siguientes:
- Proceso isobárico: tiene lugar a presión constante. En otras palabras, el sistema está dinámicamente conectado, con una frontera movible, a un depósito a presión constante. Cuando un gas perfecto evoluciona isobáricamente desde un estado A hasta un estado B, la temperatura y el volumen asociados siguen la ley de Charles.
- Proceso isocórico: el volumen permanece constante. Por lo tanto, si el sistema está a volumen constante, el trabajo hecho por el sistema será cero. Esto implica que el proceso no realiza trabajo presión-volumen. De ello se desprende que, cualquier energía térmica transferida al sistema externamente, éste lo absorbe en forma de energía interna.
- Proceso isotérmico (o proceso isotermo): tiene lugar a temperatura constante. En otras palabras, el sistema está conectado térmicamente, por una frontera térmicamente conductora, a un depósito de temperatura constante.
- Proceso adiabático: es un proceso en el que no hay transferencia de calor. Para un proceso reversible, esto es idéntico a un proceso isentrópico. Se puede decir que el sistema está térmicamente aislado de su entorno y que no puede intercambiar calor con el entorno.
- Proceso isentrópico: tiene lugar a entropía constante. Para un proceso reversible, esto es idéntico a un proceso adiabático.
- Proceso de potencial químico constante: el sistema es conectado por transferencia de partículas con una frontera permeable a las partículas.
- Proceso de número de partículas constante: no hay energía añadida o sustraída del sistema por transferencia de partículas. Se puede decir que el sistema es aislado por transferencia de partículas de su entorno por una frontera permeable a las partículas.
- Proceso politrópico: un proceso politrópico es un proceso termodinámico durante el cual la capacidad calorífica de un gas permanece sin cambios, es decir, no existen intercambios de calor.
¿Qué significa que un sistema está en equilibrio termodinámico?
Un sistema termodinámico está en principio en un estado de equilibrio termodinámico cuando las variables principales del sistema permanecen invariables. Es decir, la presión, el volumen y la temperatura no experimentan se mantienen constantes con el paso del tiempo.
En un proceso termodinámico se produce en el momento en que dos o todas las variables anteriores cambian. Hay que tener en cuenta que la variación de solo una de ellas es imposible porque todas están interconectadas por una razón de proporción inversa o directa. Esta transformación termodinámica llevará al sistema hacia otro punto de equilibrio.
Por este motivo, el estado inicial y final de una transformación de un gas ideal se identifican por dos pares de valores de las tres cantidades que definen el estado de un cuerpo:
- La presión.
- El volumen.
- La temperatura.
