De denomina proceso isotérmico es una transformación termodinámica a temperatura constante. Es decir, una variación del estado de un sistema físico durante el cual la temperatura del sistema permanece constante.
Como la energía interna de un gas ideal sólo depende de la temperatura y, en un proceso isotérmico permanece constante en la expansión, el calor tomado del foco es igual al trabajo realizado por el gas: Q = W.
Los termostatos son dispositivos que pueden mantener un valor de temperatura constante.
Ejemplos de proceso isotérmico
Los procesos isotérmicos pueden ocurrir en cualquier tipo de sistema que tenga algún medio para regular la temperatura. A continuación enumeramos algunos ejemplos:
Los cambios de fase de diferentes líquidos a través del proceso de fusión y evaporación son isotérmicos. Por ejemplo, la fusión del hielo a 0 grados.
La máquina de Carnot. Parte del ciclo de Carnot se realiza ia temperatura permanece constante.
Las reacciones en el refrigerador son isotérmicas y se mantiene una temperatura constante. Lo mismo ocurre con una bomba de calor.
En la biología, las interacciones de una célula con sus células circundantes se realiza mediante procesos isotérmicos.
Procesos isotérmicos en los gases ideales
Los procesos isotérmicos son de especial interés para los gases ideales. Esto es una consecuencia de la segunda ley de Joule que establece que la energía interna de una cantidad fija de un gas ideal sólo depende de la temperatura.
Por lo tanto, en un proceso isotérmico, la energía interna de un gas ideal es constante. Esto es el resultado del hecho de que en un gas ideal no hay fuerzas intermoleculares. La energía interna depende de la presión, la temperatura y el volumen.
La compresión o expansión de un gas ideal puede llevarse a cabo colocando el gas ideal en contacto térmico con otro sistema de capacidad calorífica muy grande y a la misma temperatura que el gas.
En este proceso se realiza un trabajo que altera el volumen y la presión. Este trabajo implica una variación de la energía interna y tenderá a aumentar la temperatura. Para mantener la temperatura constante se requiere un intercambio de calor con el exterior.
En una expansión isoterma el calor se absorbe, en una compresión el calor se cede. La cantidad de calor transferido es el mismo que el trabajo realizado. Para que el gas se expanda hay que suministrarle calor.