Los estados de un sistema termodinámico se pueden cambiar interactuando con su entorno mediante trabajo y calor. Cuando este cambio ocurre en un sistema, se dice que el sistema está pasando por un proceso.
Un ciclo termodinámico es una secuencia de diferentes procesos que comienza y termina en el mismo estado termodinámico.
Algunos ejemplos de procesos:
1. Proceso isotérmico: la temperatura es constante T=C
2. Proceso isobárico: la presión es constante, P=C
3. Proceso a volumen constante, v=C
4. Proceso adiabático: sin transferencia de calor, Q = 0
5. Proceso reversible
6. Proceso irreversible
7. Proceso cuasiestático
termodinámica procesa todo el diagrama fotovoltaico1. Un proceso isotérmico ocurre a temperatura constante. Dado que la energía interna de un gas es función únicamente de su temperatura, ΔU = 0 para un proceso isotérmico. Para la expansión isotérmica de un gas ideal tenemos W = nRT ln (V2/V1). W es positivo si V2 > V1. Como ΔU = 0, el calor transferido al gas es ΔQ = W.
2. Un proceso isobárico es un proceso que ocurre a presión constante. Entonces tenemos W = P(V2 – V1). Si la presión de un gas ideal se mantiene constante, la temperatura debe aumentar a medida que el gas se expande. (PV/T = constante). Se debe agregar calor durante el proceso de expansión.
Definimos la entalpía H del sistema mediante la ecuación H = U + PV. La entalpía es, por tanto, una propiedad física del sistema. Tiene las dimensiones de energía y la unidad SI de entalpía es Joule. Para un proceso isobárico escribimos ΔU = ΔQ – ΔW = ΔQ – P(V2 – V1), o, reordenando los términos, ΔH = ΔQ. Esta expresión, frecuentemente utilizada en química, puede considerarse como la forma isobárica de la primera ley. . ΔH = ΔQ solo se aplica a procesos isobáricos. Las reacciones químicas (incluidas las biológicas) generalmente ocurren a presión constante, por lo que ΔQ es igual al cambio en una propiedad física del sistema.
3. Un proceso adiabático es un proceso durante el cual no entra ni sale calor del sistema. Entonces tenemos ΔU = -ΔW, es decir, ΔW es igual al cambio en una propiedad física del sistema. Una propiedad física del sistema depende sólo del estado del sistema (P, V, T), y no de cómo se colocó el sistema en este estado.
4. En la práctica, existen dos formas diferentes de evitar la transferencia de calor.
(a) Proporcionar muy buen aislamiento térmico del sistema.
(b) Complete el proceso en un intervalo de tiempo muy corto para que no haya tiempo para una transferencia de calor apreciable. Por esta razón, el proceso de combustión dentro del motor de un automóvil es esencialmente adiabático.
5. Un proceso isovolumétrico o isométrico ocurre a volumen constante. Entonces W = 0 y ΔU = ΔQ. Todo el calor agregado al sistema se destina a aumentar su energía interna.
6. Proceso reversible: El proceso en el que el sistema y su entorno pueden restaurarse al estado inicial desde el estado final sin producir ningún cambio en las propiedades termodinámicas del universo se denomina proceso reversible.
7. Proceso irreversible:
El proceso irreversible también se llama proceso natural porque todos los procesos que ocurren en la naturaleza son procesos irreversibles.
8. Proceso cuasiestático:
Un proceso cuasiestático es un modelo idealizado de un proceso termodinámico que ocurre infinitamente lento. Es importante señalar que ningún proceso real es cuasiestático. En la práctica, estos procesos sólo pueden aproximarse ejecutándolos con una lentitud infinita. Un proceso cuasiestático a menudo garantiza que el sistema pasará por una secuencia de estados que están infinitamente cerca del equilibrio (de modo que el sistema permanece en equilibrio cuasiestático), en cuyo caso el proceso normalmente es reversible.
