Fislets: Ilustración 17.2

17.2 Ilustración: Procesos termodinámicos

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Hay un pequeño lapso de tiempo —desde que el sistema está en equilibrio—antes de que se produzca el cambio de estado.

En esta animación se ha fijado N = nR (es decir, se toma k_B = 1). De esta forma la Ley de los Gases Perfectos queda como PV = NT. Reinicio.

Hay muchas maneras en que un gas puede ir de un estado (descrito por su presión, volumen, temperatura y número de átomos) a otro. Cómo va un gas desde un estado a otro dependerá de la cantidad de calor intercambiado con el entorno y de la cantidad de trabajo realizado sobre o por el gas. Pero el cambio en la energía interna del gas, considerado ideal, sólo dependerá del cambio neto en su temperatura. Es decir, el cambio de energía interna cuando el gas va de un estado a otro es independiente del proceso seguido (y esto en general, no sólo para gases ideales). Sin embargo, el calor y el trabajo dependen del proceso seguido.

Para facilitar las cosas, se define un conjunto de procesos tipo con nombres dependientes del camino seguido en dichos procesos. En lo que sigue, aunque no es una limitación necesaria, consideraremos que el recipiente que contiene al gas está cerrado y, por tanto, el número de átomos que lo forman es constante.

Isóbaro: La presión del gas se mantiene constante. Esto implicará que a medida que cambia la temperatura, el volumen cambiará de forma que pueda mantenerse la presión. Un ejemplo lo tenemos cuando se mete un globo en una nevera y observamos que se encoge.
Isócoro: El volumen del gas se mantiene constante. Cualquier cambio de temperatura vendrá acompañado de un cambio de presión. Por ejemplo, el vapor en una olla a presión va aumentando su presión a medida que se calienta.
Isotermo: La temperatura del gas se mantiene constante. Cuando el volumen aumenta la presión disminuye. Por ejemplo, un globo en una maquina de hacer vacío que aumenta su volumen a medida que se va haciendo el vacío.
Adiabático: Todas las variables de estado cambian, presión, volumen y temperatura. Éste es un proceso en sistemas bien aislados en que no se intercambia calor con los alrededores. También puede ser un proceso rápido, como el que ocurre en el aire cuando pasa una onda de sonido. Ejemplos adicionales: la compresión del pistón en una bomba de inflado de ruedas de bicicleta, o la descompresión rápida del émbolo de una jeringa (previamente comprimido con el agujero de salida taponado).

Una forma ampliamente utilizada para describir el estado de un gas es mediante los diagramas PV. También se podrían utilizar diagramas PT o VT, pero utilizaremos el PV pues en él es fácil calcular el trabajo realizado por o sobre el gas. Este trabajo viene dado por el área (con signo) encerrada bajo la curva descriptiva del proceso, o, en términos de la integral correspondiente al área citada, W = ∫ P dV.

El gas no tiene por que seguir uno de los procesos tipo. Puede seguir cualquier proceso desconocido entre dos estados. Para un gas ideal, lo único imperativo, para que el proceso sea representable en un diagrama (por ejemplo, PV) es que se cumpla que PV = nRT en cualquier estado intermedio por los cuales se supone va pasando. Otro aspecto a considerar, cuando nos salimos de los procesos tipo, es que los cálculos (de calor, trabajo, cambios de energía interna, etc.) pueden ser más complicados.

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