Procesos no Adiabáticos

Puesto que la constante adiabática γ de un gas es la relación entre los calores específicos según se indica arriba, depende del número efectivo de grados de libertad en el movimiento molecular. Puede de hecho expresarse como γ = (f+2)/f, donde f es el número de grados de libertad del movimiento molecular. Para un gas monoatómico como el helio, f=3 y γ = 5/3. Para las moléculas diatómicas como el N2 y el O2, se incluyen dos grados de libertad rotacional, de modo que f=5 y γ = 1,4. Puesto que casi toda la atmósfera es nitrógeno y oxígeno, en cálculos tales como la velocidad del sonido, se puede usar para el aire γ = 1,4. En moléculas poliatómicas, hay tres grados de libertad rotacional junto con tres grados de libertad de trasladación, con lo que dará γ = 4/3. Pero en los calores específicos de las moléculas diatómicas, hay evidencia de contribución de grados de libertad vibraciones y esto todavía podría reducir más el valor de γ.

 Se designa como proceso adiabático aquel en el cual el sistema termodinámico (generalmente, un fluido que realiza un trabajo) no intercambia calor con su entorno. Un proceso adiabático que es además reversible se conoce como proceso isotrópico.

Proceso Adiabáticos

En termodinámica se designa como proceso adiabático a aquel en el cual el sistema termodinámico (generalmente, un fluido que realiza un trabajo) no intercambia calor con su entorno. Un proceso adiabático que es además reversible se conoce como proceso isotrópico. El extremo opuesto, en el que tiene lugar la máxima transferencia de calor, causando que la temperatura permanezca constante, se denomina proceso isotérmico.

Un proceso que no involucra la transferencia de calor o materia dentro o fuera de un sistema, de modo que Q = 0, se denomina proceso adiabático, y se dice que dicho sistema está aislado adiabáticamente. La suposición de que un proceso es adiabático es una suposición simplificadora que se realiza con frecuencia. Por ejemplo, se supone que la compresión de un gas dentro de un cilindro de un motor térmico ocurre tan rápidamente que, en la escala de tiempo del proceso de compresión, una pequeña parte de la energía del sistema puede transferirse como calor a los alrededores. Aunque los cilindros de los motores térmicos no están aislados y son bastante conductivos, ese proceso está idealizado para ser adiabático. Lo mismo se puede decir que es cierto para el proceso de expansión de dicho sistema.

El supuesto de aislamiento adiabático de un sistema es útil, y a menudo se combina con otros para hacer posible el cálculo del comportamiento del sistema. Tales suposiciones son idealizaciones, se aproximan, pero no son reales. El comportamiento de las máquinas reales se desvía de estas idealizaciones, pero la suposición de tal comportamiento perfecto proporciona una primera aproximación útil de cómo funciona el mundo real.

Tipos de Procesos Termodinámicos

• Procesos Iso

Son los procesos cuyas magnitudes permanecen “constantes”, es decir que el sistema cambia manteniendo cierta proporcionalidad en su transformación. Se les asigna el prefijo iso-.

Ejemplo:

• Isotérmico: proceso a temperatura constante
• Isobárico: proceso a presión constante
• Isométrico o isotópico: proceso a volumen constante
• Isoentálpico: proceso a entalpía constante
• Isotrópico: proceso a entropía constante

• Proceso isocórico

Un proceso isocórico, también llamado proceso isométrico o isovolumétrico es un proceso termodinámico en el cual el volumen permanece constante; . Esto implica que el proceso no realiza trabajo presión-volumen, ya que éste se define como, donde  es la presión (el trabajo es positivo, ya que es ejercido por el sistema).

Aplicando la primera ley de la termodinámica, podemos deducir que , el cambio de la energía interna del sistema es:

Para un proceso isotónico: es decir, todo el calor que transfiramos al sistema se sumará a su energía interna,. Si la cantidad de gas permanece constante, entonces el incremento de energía será proporcional al incremento de temperatura,

Donde  es el calor específico molar a volumen constante. En un diagrama P-V, un proceso isotópico aparece como una línea vertical

• Proceso isobárico

Proceso isobárico es aquel proceso termodinámico que ocurre a presión constante. En él, el calor transferido a presión constante está relacionado con el resto de variables.

• Proceso adiabático

En termodinámica se designa como proceso adiabático a aquel en el cual el sistema (generalmente, un fluido que realiza un trabajo) no intercambia calor con su entorno. Un proceso adiabático que es además reversible se conoce como proceso isotrópico.

El extremo opuesto, en el que tiene lugar la máxima transferencia de calor, causando que la temperatura permanezca constante, se denomina como proceso isotérmico.

¿Qué es termodinámica?

Es una rama de la física encargada del estudio de la interacción entre el calor y también de la energía. Constituye una teoría fenomenológica, a partir de razonamientos deductivos, que estudia sistemas reales, sin modelizar y sigue un método experimental.

Es importante subrayar que existe una serie de conceptos básicos que es fundamental conocer previamente a entender cómo es el proceso de la termodinámica. En este sentido uno de ellos es el que se da en llamar estado de equilibrio que puede definirse como aquel proceso dinámico que tiene lugar en un sistema cuando tanto lo que es el volumen como la temperatura y la presión no cambian.

De la misma forma está lo que se conoce por el nombre de energía interna del sistema. Esta se entiende como la suma de lo que son las energías de todas y cada una de las partículas que conforman aquel. En este caso, es importante subrayar que dichas energías sólo dependen de lo que es la temperatura.

El calor se define empíricamente como la energía transferida desde un cuerpo más caliente a otro menos caliente como consecuencia de su diferencia de temperatura. La conducción del calor a lo largo de una barra cuyos extremos se mantienen a una temperatura fija es una situación relevante, que permite establecer con claridad la diferencia entre calor y temperatura y establecer analogías con otras partes de la Física como el establecimiento de una corriente eléctrica, o con los fluidos.

El equilibrio térmico entre dos recipientes que se ponen en contacto inicialmente a distinta temperatura, es otra situación que permite distinguir entre calor y temperatura. La analogía eléctrica o hidráulica es también importante reseñarla.

Que es un Proceso termodinámico

Se denomina proceso termodinámico a la evolución de determinadas magnitudes (o propiedades) propiamente termodinámicas relativas a un determinado sistema termodinámico. Desde el punto de vista de la termodinámica, estas transformaciones deben ocurrir desde un estado de equilibrio inicial a otro final; es decir, que las magnitudes que sufren una variación al pasar de un estado a otro deben estar perfectamente definidas en dichos 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.

Se conoce como tratamiento térmico al conjunto de operaciones de calentamiento y enfriamiento, bajo condiciones controladas de temperatura, tiempo de permanencia, velocidad, presión, de los metales o las aleaciones en estado sólido, con el fin de mejorar sus propiedades mecánicas, especialmente la dureza, la resistencia y la elasticidad. Los materiales a los que se aplica el tratamiento térmico son, básicamente, el acero y la fundición, formados por hierro y carbono. También se aplican tratamientos térmicos diversos a los cerámicos.

Características de la Termodinámica

• Puesto que el volumen de control es rígido y no hay ejes rotatorios presentes, no existen interacciones de trabajo.
• La variación de energía Potencial es despreciable. 
• En la mayoría de las aplicaciones o bien el aplicativo está aislado o el calor transferido es insignificante.
• La variación en la energía Cinética es despreciable.
• Las válvulas de estrangulamiento son por lo general dispositivos pequeños y se puede suponer que el flujo por ellos es Adiabático puesto que no hay suficiente tiempo ni área suficientemente grande para que ocurra una transferencia de calor.

¿Leyes de la Termodinámica?

La primera ley de la termodinámica piensa en grande: se refiere a la cantidad total de energía en el universo, y en particular declara que esta cantidad total no cambia. Dicho de otra manera, la Primera ley de la termodinámica dice que la energía no se puede crear ni destruir, solo puede cambiarse o transferirse de un objeto a otro.

Hay tres tipos de sistemas en la termodinámica: abierto, cerrado y aislado.

·         Un sistema abierto puede intercambiar energía y materia con su entorno. El ejemplo de la estufa sería un sistema abierto, porque se puede perder calor y vapor de agua en el aire.

·         Un sistema cerrado, por el contrario, solo puede intercambiar energía con sus alrededores, no materia. Si ponemos una tapa muy bien ajustada sobre la olla del ejemplo anterior, se aproximaría a un sistema cerrado.

·         Un sistema aislado es que no puede intercambiar ni materia ni energía con su entorno. Es difícil encontrarse con sistema aislado perfecto, pero una taza térmica con tapa es conceptualmente similar a un sistema aislado verdadero. Los elementos en el interior pueden intercambiar energía entre sí, lo que explica por qué las bebidas se enfrían y el hielo se derrite un poco.

La segunda ley dela energía, no puede ser creada ni destruida, pero puede cambiar de formas más útiles a formas menos útiles. La verdad es que, en cada transferencia o transformación de energía en el mundo real, cierta cantidad de energía se convierte en una forma que es inutilizable (incapaz de realizar trabajo). En la mayoría de los casos, esta energía inutilizable adopta la forma de calor.

Aunque de hecho el calor puede realizar trabajo bajo las circunstancias correctas, nunca se puede convertir en otros tipos de energía (que realicen trabajo) con una eficiencia del 100%. 

Ejemplos de Procesos Termodinámicos

Proceso Isobárico: Un ejemplo seria. el vapor de una olla a presión va aumentando su presión a medida que se calienta.

Proceso Isotermo: Un ejemplo seria un globo en una maquina de hacer vació que aumenta su volumen a medida que va haciendo el vació.

Proceso Isobaro: Un ejemplo sencillo se vería cuando metemos un globo al congelador y vemos que se encoge.

 Proceso Adiabatico: Un ejemplo seria la compresión de un pistón inflando la llanta de una bicicleta