Procesos Termodinamicos

os primeros estudios de esta rama de la Física se realizaron en el siglo XVIII. Todos los principios que señala están fundamentados en situaciones o fenómenos que se comprueban en forma experimental. Por lo que:

Una teoría es tanto más importante cuanto mayor sea la simplicidad de sus premisas, más diversas sean las cosas que relaciona y mayor sea el área de su aplicación. Esta fue la causa de la honda impresión que la termodinámica dejó en mí. Es la única teoría física de contenido universal que, estoy convencido. . . nunca será desplazada.

Albert Einstein.

Puesto que casi toda la energía disponible de la materia prima se libera en forma de calor, resulta fácil advertir por qué la Termodinámica juega un papel tan importante en la ciencia y la tecnología.

En este tema se estudiarán las leyes básicas que deben obedecerse cuando se utiliza energía térmica para realizar trabajo.

E

s alguna porción de materia que separamos del resto del Universo por medio de un límite o frontera con el propósito de estudiarlo.

SISTEMA CON PARED DIATÊRMICA

Si la frontera de un sistema termodinámico, está hecha con una pared diatérmica, existe interacción del sistema con los alrededores, ya que la pared diatérmica permite la transferencia del calor.

SISTEMA CON PARED ADIABÁTICA.

Una pared adiabática no permite que exista interacción térmica del sistema con sus alrededores. Cuando la frontera de un sistema termodinámico está hecha con una pared adiabática, no existe interacción térmica del sistema con sus alrededores.

Cabe señalar que ninguna pared es 100% adiabática, pues toda materia al recibir calor aumenta su temperatura, como unos cuerpos lo hacen rápidamente y otros en forma lenta, en términos prácticos consideramos a unos como diatérmicos a como otros adiabáticos.

U

n proceso termodinámico es adiabático si el sistema no cede ni recibe calor, por lo que se realiza a un calor constante. Para ello se utilizan fronteras hechas con paredes adiabáticas.

Un proceso térmico es no adiabático cuando el sistema interacciona, térmicamente con los alrededores, el calor fluye a través de las paredes diatérmicas que los constituyen y se produce un cambio tanto en los alrededores como en el sistema mismo.

Durante los procesos térmicos no adiabáticos un sistema absorbe o cede calor. La cantidad de calor intercambiado en estos depende de la sustancia y del proceso de que se trate.

EQUILIBRIO TERMODINÁMICO

Cuando un sistema de baja temperatura se pone en contacto por medio de una pared diatérmica con otro sistema de mayor temperatura, la temperatura del sistema frío aumenta,

mientras la temperatura del sistema caliente disminuye. Si se mantiene este contacto por un periodo largo, se establecerá el equilibrio termodinámico, es decir ambos sistemas tendrán la misma temperatura. Es evidente que si los sistemas están formados por diferentes sustancias o diferentes porciones de ellas, no contengan la misma cantidad de energía aunque su temperatura sea igual.

Al suministrar calor a un sistema, se provoca un aumento en la energía de agitación de sus moléculas, produciéndose un incremento de energía interna del sistema y por consiguiente un aumento en la temperatura.

En general, cuanto mayor sea la temperatura de un sistema, mayor será su energía interna. Sin embargo, los valores absolutos de ésta en las moléculas no se pueden precisar, motivo por el cual sólo se determina la variación que sufre la energía del sistema mediante la expresión:

Donde:

U = variación de la energía interna expresada en joule (J)

U2 = energía interna final en Joule (J)

U1 = energía interna inicial en Joule (J)

Debe representar la diferencia entre el calor neto (Q) absorbido por el sistema y el trabajo neto (T) realizado por el mismo sobre sus alrededores.

El calor neto absorbido Q puede realizar trabajo T por el sistema o sobre el sistema.

La salida de trabajo T es positiva y la entrada es negativa.

LEY CERO DE LA TEMODINÁMICA

Continuamente existen situaciones en donde se manifiestan los cambios de temperatura entre dos o más objetos, en el cual después de cierto tiempo se logra obtener un equilibrio, por ejemplo:

 Cuando se entra o sale de una casa, en donde la temperatura exterior es diferente, esta se percibe en forma inmediata, pero al pasar cierta cantidad de tiempo se equilibra la temperatura.

 Al calentar una olla con agua, tanto el recipiente como el agua tienden a obtener la misma temperatura, después de cierto tiempo, observándose en este caso cundo el se convierte en vapor .

E

l calor es una forma de energía, por lo tanto, las unidades para medir calor son las mismas que empleamos para medir energía.

A fines del siglo XVIII, Benjamín Thompson propuso que el calentamiento causado por la fricción se debía a la conversión de la energía mecánica en térmica.

El inglés James Prescott Joule en el siglo XIX, comprobó que siempre que se realiza una cantidad de trabajo se produce una cantidad equivalente de calor.

El trabajo de Joule estableció el principio llamado Equivalente Mecánico del Calor, en el cual se demuestra que por cada joule de trabajo se producen 0.2389 calorías y que cuando una caloría de energía térmica se convierte en trabajo se obtienen 4.186 joules, es

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