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Aprende cómo se genera el proceso isotérmico

Qué es el proceso isotérmico

Sin lugar a dudas, el mundo que nos rodea y las leyes naturales que rigen el planeta Tierra son realmente fascinantes. ¿Cómo estudiar los fenómenos que tienen lugar y gobiernan la realidad que conocemos? A través de la Física: y es así como hoy te contamos todo lo que tienes que saber sobre el proceso isotérmico. Damos una explicación fácil del mismo, además de una gran cantidad de ejemplos para que veas cómo se aplica a la vida cotidiana.

Si creías que los cálculos, los vectores, la luz, la temperatura, la presión… son conceptos que se encuentran muy ajenos a la realidad, déjanos decirte que estabas equivocado. Te lo demostraremos en la presente publicación, que es una exposición hecha por expertos sobre un evento físico que ocurre a diario en distintos procesos y fenómenos del día a día. Ciertamente, una buena parte del mundo y su devenir quedaría sin explicación si no pudiéramos recurrir a la Física como ciencia.

Déjate de perder tiempo en otras páginas web y quédate con los mejores. Te ofrecemos asesoramiento especializado junto a las fuentes bibliográficas y enlaces más confiables, para que puedas investigar el tema a fondo y no te quede ninguna duda. Nuestra meta es que aprendas cada vez más pero de una forma precisa y transparente, con información verificada.

¿Qué es el proceso isotérmico?

Luego de una breve introducción, ha llegado el momento de responder la pregunta que nos ocupa en este post. ¿En qué consiste el denominado “proceso isotérmico”? Pues bien, en el ámbito de la termodinámica, se trata de una transformación que se produce a temperatura constante. En otras palabras, representa una alteración del estado actual de un sistema físico, en el que la temperatura propia del sistema no se modifica con el paso del tiempo. Aquellos artefactos denominados “termostatos” permiten mantener constante un X valor térmico (temperatura) dado.

En el campo de la Física, la modificación isotérmica sufrida por un gas perfecto se describe a través de la Ley de Boyle-Mariotte. Si se presenta el llamado “plano de Clapeyron”, es decir, un gráfico de presión-volumen, este fenómeno se representa por medio de una ramificación de la hipérbole equilátera.

De acuerdo con lo expresado por esta ley, el volumen y la presión resultan inversamente proporcionales; esto significa que un determinado producto a temperatura constante (p·V) equivale a una constante que resulta coincidente con el producto nRT en el caso de los gases perfectos. Es muy probable que durante el tramo de la educación secundaria hayas visto formulada la ley de Boyle, que se expresa como P·V =  const.

Según distintas fuentes teóricas consultadas, este proceso también recibe el nombre de “isotermo” (lo aclaramos porque puedes encontrar tal denominación en la bibliografía, para que no te confundas). Aquí, tanto la compresión cuanto la expansión de un gas ideal se puede lograr poniendo al gas bajo contacto térmico con un segundo sistema, que posea una gran capacidad calorífica y que se encuentre a igual temperatura.

Habitualmente, ese segundo sistema se denomina “foco calórico”. Así, el calor es transferido de forma lenta y habilita la expansión del gas, que se encarga del trabajo. Dado que la energía interna propia de un gas ideal depende nada más que de la temperatura y la misma se queda constante durante el fenómeno de expansión isotérmica, el calor que se toma del foco calórico equivale al trabajo hecho por el gas (es decir, Q = W).

Ahora bien, veamos qué sucede si se presenta una alteración isotérmica de carácter finito reversible en un gas perfecto, entre 2 estados –C y D- sometido a temperatura constante. Debido a que la energía interna es una función del estado que únicamente depende del nivel térmico, presentará dU = 0. Entonces, el trabajo que realiza el gas perfecto al momento de una expansión isotérmica de naturaleza reversible, puede calcularse de forma sencilla por medio de la 1° Ley de la Termodinámica.

Según los postulados de esta ley, el calor que se tiene que dar al gas para que mantenga constante la temperatura resulta idéntico al trabajo, porque la variación en la energía interna (que, como vimos, depende exclusivamente de la temperatura) resulta igual a cero (0).

Por otra parte, en el proceso isotérmico también tiene injerencia la noción de entropía. Durante la alteración isotérmica dada en un gas perfecto, se evidencia que la entropía propia de una isoterma se incrementa en las expansiones. Puedes averiguar más sobre este fenómeno específico por medio del siguiente video.

Ahora que hemos definido el proceso isotérmico, cómo se produce y cuáles son las leyes que lo caracterizan, es momento de dejar la teoría y pasar a un plano más concreto. En el próximo apartado te brindamos ejemplos reales de la aplicación de este fenómeno en la realidad. Podrás comprobar que se encuentra más cercano a tu vida diaria de lo que podrías sospechar.

Fases del proceso isotérmico
Cómo se produce el proceso isotérmico

Proceso isotérmico: ejemplos

Como siempre decimos, de nada nos serviría quedarnos con la mera explicación teórica de un proceso dado y no dar ejemplos puntuales de la forma en que se desarrolla en la vida cotidiana. Como seguramente sabes, la Física atraviesa la realidad y se manifiesta en un sinfín de fenómenos en los cuales intervienen las leyes del tiempo y el espacio, la fuerza, la gravedad, los objetos que nos rodean, la luz, la temperatura, etc.

Así que, a continuación, revisaremos varios ejemplos prácticos del proceso isotérmico. ¿Dónde aparece este fenómeno? Te lo mostramos con una lista sencilla:

  • En un dispositivo para hacer vacío, un globo va incrementando su volumen en paralelo a la creación del vacío. Tal como sabes, cuando el volumen sube, la presión baja: el proceso isotérmico presenta una relación inversamente proporcional entre la presión y el volumen.
  • La forma más adecuada de evaluar la eficiencia energética de una máquina refrigeradora (nevera, freezer, etc.) es por medio de este proceso, pues da cuenta de la relación entre energía, temperatura, presión y volumen. Esto puede ser muy importante a la hora de adquirir equipamiento para el hogar, un negocio o planta productora.
  • Tal vez te parezca sorprendente, pero en células vivas de la gran mayoría de los organismos que conoces se producen procesos de este tipo en la medida en que cuentan con mecanismos específicos de regulación de la temperatura.
  • Muchos motores que funcionan con temperatura presentan, en ciertas partes de sus ciclos, procesos de clasificación isotérmica.
  • Las máquinas industriales que cuentan con un alto grado de especialización, suelen funcionar en buena parte gracias al fenómeno que estamos analizando.
  • Si pones agua en una olla a hervir, para preparar cualquier alimento (por ejemplo, una sopa de fideos) el medio líquido comenzará a hervir y se transformará en vapor. La evaporación es un cambio de fase que supone un proceso isotérmico, ya que tiene lugar a una presión constante.
  • La fusión del hielo (por ejemplo, en un trago que tengas en la mano) es un caso bastante clásico donde tiene lugar el fenómeno físico que hemos explicado. Lo mismo sucede cuando colocas agua en una cubetera y la introduces en el congelador: el líquido está sometido a la misma temperatura pero su volumen se modifica al cambiar de estado.
  • En general, las máquinas que funcionan con termostatos (pongamos como ejemplo 2 casos muy cotidianos: el aire acondicionado y los caloventores) dan cuenta de un proceso isotérmico en su interior.
Ejercicios proceso isotérmico
Aprende a calcular un proceso isotérmico

Si por casualidad tienes que resolver un trabajo práctico de Termodinámica o necesitas ejercicios de aplicación para estudiar y memorizar el tema que hemos expuesto, checa el siguiente enlace. Se trata de una serie de ejercicios donde debes aplicar los principios que analizamos aquí (traen las respuestas, así que podrás verificar los resultados luego de trabajar).

Volviendo al tema, también es interesante considerar que un proceso isotérmico suele usarse de punto de partida para estudiar otros fenómenos que no son netamente de naturaleza isoterma. Es importante que tengas esto en cuenta, pues dominar los conceptos que estamos tratando podrían servirte de base para ahondar mucho más en el campo de la Física y llegar a comprender muchos otros tipos de procesos que tienen lugar en el mundo físico.

Como habrás podido apreciar por medio de este listado, el proceso isotérmico tiene lugar en distintos ámbitos de actividad, tan disímiles como la industria, el sector automotriz o la gastronomía. ¿Conoces otros ejemplos prácticos donde se manifieste? Puedes consignarlos en la caja de comentarios que se encuentra justo aquí debajo. Nos encantaría contar con tu opinión.

Ya va siendo hora de dar cierre a este post. Sin embargo, no nos despedimos del todo: quedamos en contacto por medio de las redes sociales y a través de nuestro portal web. Por otra parte, no dejes de continuar explorando los diversos artículos que tenemos, pues seguramente encontrarás una amplia variedad de procesos que desconocías.

En concreto, para completar el tema que hemos revisado, te sugerimos checar el análisis del proceso adiabático o del proceso isobárico, por dar solo dos ejemplos de fenómenos físicos relacionados. Seguramente te serán de mucho interés y utilidad.