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Termodinámica.
Transformación de la energía

Energía térmica i combustión.
Efectos de la termodinámica 

Entropía

Procesos termodinámicos

Procesos termodinámicos

Un proceso termodinámico es la evolución de unas determinadas propiedades, las cuales se las denomina propiedades termodinámicas, en relación a un determinado sistema termodinámico. Para poder estudiar un proceso termodinámico se requiere que estas 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.

De esta forma los procesos termodinámicos pueden ser interpretados como el resultado de la interacción de un sistema con otro tras ser eliminada alguna ligadura entre ellos, de forma que finalmente los sistemas se encuentren en equilibrio (mecánico, térmico y/o material) entre sí.

De una manera menos abstracta, un proceso termodinámico puede ser visto como los cambios de un sistema, desde unas condiciones iniciales hasta otras condiciones finales, debido a su desestabilización.

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.

Sistema en equilibrio termodinámico

Un sistema termodinámico está en principio en un estado de equilibrio termodinámico cuando las variables principales del sistema (es decir, presión, volumen y temperatura) no experimentan ninguna variación adicional con el paso del tiempo.

En un proceso termodinámico se produce en el momento en que dos o todas las variables anteriores cambien. 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 una otro punto de equilibrio.

Por este motivo, el estado inicial y final de una transformación se identifican por dos pares de valores de las tres cantidades que definen el estado de un cuerpo: presión, volumen o temperatura.

Intercambio de energía en un proceso termodinámico

En un proceso termodinámico se pueden dar tres situaciones diferentes en lo que se refiere al intercambio de energía:

  • Intercambiando trabajo, pero sin intercambios de calor (para un sistema adiabático: transformación adiabática)
  • Intercambiando calor, pero sin intercambiar trabajo; (por ejemplo, para una transformación isocora)
  • Intercambiando trabajo y calor (por ejemplo, para una transformación isobárica o una isoterma)

Tipos de procesos termodinámicos

Para la clasificación de tipos de procesos termodinámicos, a menudo es interesante agrupar los procesos termodinámicos en pares en los que cada variable que se mantiene constante es un miembro de un par conjugado de variables termodinámicas.

Presión-volumen

El par conjugado presión-volumen tiene que ver con la transferencia de energía mecánica o dinámico como resultado del trabajo.

  • Un 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.
  • Un proceso isocórico tiene lugar a volumen constante, de tal manera que el trabajo hecho por el sistema será cero. Esto implica que el proceso no realiza trabajo presión-volumen. De ello se desprende que, por un sistema simple bidimensional, cualquier energía térmica transferida al sistema externamente absorbe en forma de energía interna. Se puede decir que el sistema se encuentra dinámicamente aislado del entorno por una frontera rígida.

Temperatura-entropía

El par conjugado temperatura-entropía en un proceso termodinámico tiene que ver con la transferencia de energía térmica como resultado del calentamiento.

  • Un 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.
  • Un proceso adiabático es un proceso en el que no hay energía añadida o sustraída del sistema mediante calentamiento o enfriamiento. Para un proceso reversible, esto es idéntico a un proceso isentrópico. Se puede decir que el sistema es térmicamente aislado de su entorno y que su frontera es un aislante térmico. Si el sistema tiene una entropía que aún no ha alcanzado su máximo valor de equilibrio, la entropía aumentará, aunque el sistema esté térmicamente aislado.
  • Un proceso isentrópico tiene lugar a entropía constante. Para un proceso reversible, esto es idéntico a un proceso adiabático. Si el sistema tiene una entropía que todavía no ha alcanzado el máximo valor de equilibrio, puede que se necesite un proceso de enfriamiento para mantener este valor de entropía.

Potencial químico - número de partículas

Los procesos de las secciones tienen asumido implícitamente que las fronteras también son impermeables a las partículas. Se puede asumir que las fronteras son rígidas y térmicamente aisladas, pero son permeables a uno o más tipos de partículas. Por par potencial químico - número de partículas se mantienen estas consideraciones; este par conjugado tiene que ver con la transferencia de energía mediante la transferencia de partículas.

  • En un proceso de potencial químico constante el sistema es conectado por transferencia de partículas con una frontera permeable a las partículas.
  • En un 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.
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Última revisión: 13 de marzo de 2019