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Checa los distintos procesos termodinámicos que existen

Concepto de procesos termodinámicos

¿Quién lo pondría en duda? La Física nos brinda excelentes herramientas para descubrir más sobre el mundo que nos rodea. Aunque muchas veces no reparemos en ello, una gran cantidad de fenómenos que percibimos como el movimiento, la luz, la velocidad, la gravedad son explicados por medio de la Física y sus leyes. En este sentido, hoy analizamos diversos procesos termodinámicos, es decir, eventos donde interviene directamente el factor de la temperatura.

Queremos que tengas a tu alcance una fuente de consulta segura y confiable; así, redactamos este post con el asesoramiento de un equipo de especialistas, docentes e investigadores, para que cuentes con información de calidad. Te explicamos todo de forma clara y complementamos nuestra exposición con ejemplos de uso diario y enlaces a webs de origen seguro.

¡No te pierdas detalle! A continuación podrás conocerlo todo acerca de los distintos procesos termodinámicos que tienen lugar en la realidad que nos circunda día a día. Podrás comprobar que es un fenómeno más cercano de lo que hubieras llegado a sospechar por ti mismo.

Qué son los procesos termodinámicos

Si ya has navegado por nuestra web, te habrás dado cuenta de que nos gusta comenzar los análisis con definiciones objetivas, claras y precisas del tema que estamos abordando. Por eso, ahora nos parece importante explicar qué son, exactamente, los procesos termodinámicos.

En general, se le llama así a la evolución de ciertas propiedades (normalmente designadas “termodinámicas”) en relación con un sistema termodinámico en particular. Por lo general, para analizar un evento termodinámico se necesita que el sistema se encuentre en equilibrio térmico tanto en el límite inicial cuanto en el final del proceso. En otras palabras, resulta esencial que aquellas magnitudes que varían al ir de un estado a otro, se encuentren totalmente definidas al principio y al final.

Así, los procesos termodinámicos se pueden analizar como el resultado de la relación de un sistema con otro sistema cuando se consigue eliminar cierta ligadura entre los mismos, de manera tal que al final ambos sistemas estén en equilibrio entre sí. Tal equilibrio puede darse desde una perspectiva mecánica, material o térmica.

Si queremos brindar una definición más concreta, podemos decir que estos procesos pueden considerarse como las modificaciones de un sistema dado a partir de determinadas condiciones primarias hasta otras finales, por causa de una desestabilización. Por otra parte, los mismos pueden ser tanto reversibles cuanto irreversibles. En realidad, cualquier modificación real es irreversible dado que las fricciones nunca son completamente eliminables; así, en verdad la capacidad de reversibilidad resulta más bien un postulado teórico.

Al principio, cualquier sistema termodinámico se halla en equilibrio cuando aquellas variables intrínsecas del mismo (el calor, el volumen y la presión) no sufren más variaciones con el transcurso del tiempo. Esto suele tener lugar cuando 2 o 3 variables de las mencionadas cambian; en este sentido, la variación de 1 única variable resulta imposible, porque todas se encuentran conectadas entre sí por una relación de proporcionalidad directa o inversa.

Tal alteración termodinámica traslada al sistema a un nuevo punto de equilibrio. Así, debido a la naturaleza propia del fenómeno, tanto el estado inicial como el final en una modificación dada, pueden identificarse a través de 2 pares de valores correspondientes a las 3 cantidades definitorias del estado de la materia (de un cuerpo): la temperatura, el volumen o la presión.

En relación a los procesos termodinámicos, resulta interesante comprender de qué forma tiene lugar el intercambio energético de la materia. A este respecto, es posible detectar 3 alternativas distintas que explicamos brevemente a continuación:

  • Se intercambia trabajo pero no calor (esto sucede en caso de una transformación adiabática en un sistema de esa misma naturaleza).
  • Se intercambia calor aunque no trabajo (el fenómeno es típico de una transformación isocora).
  • Se intercambian tanto trabajo como calor (lo que es propio de una transformación de tipo isobárica o de una isoterma).

Ahora que ya sabes qué son propiamente y de qué forma se producen los procesos termodinámicos en general, te proponemos pasar a un mayor nivel de especificidad y estudiar las distintas categorías que podemos encontrar con respecto a tales fenómenos.

Procesos termodinámicos: tipos

Como habrás podido deducir, en este post decidimos mencionar “procesos termodinámicos” como una expresión en plural porque, en efecto, no existe un único tipo de este proceso. El mismo se desarrolla a través de diversas vías y presenta distintas manifestaciones. En el presente apartado las mencionamos y explicamos en qué se diferencia cada una de ellas.

Física y procesos termodinámicos
Todo sobre los procesos termodinámicos

Tradicionalmente, las ciencias físicas han agrupado los procesos termodinámicos en 3 grupos de 2 (pares) en los cuales, cada una de las variables que se presenta constante, representa un miembro de 1 par combinado de distintas variables termodinámicas. Esto nos da un total de 6 posibilidades por lo menos, las cuales analizamos de manera pormenorizada en lo que sigue.

Presión y volumen

De manera general, este par de variables se relacionan con el traspaso de energía mecánica o dinámica a modo de resultado del trabajo. Aquí debemos distinguir, a su vez:

  • Proceso isobárico: en otro post hemos hablado específicamente del mismo; no obstante, refrescamos su definición. Es aquel que se produce bajo presión constante; el sistema se encuentra vinculado dinámicamente y tiene una frontera móvil, sometida a un depósito con presión constante. Si un gas perfecto cambia isobáricamente del estado X al estado Y, el calor y el volumen se comportan de acuerdo a la Ley de Charles.
  • Proceso isocórico: es aquel que se produce a un volumen constante, de forma que el trabajo realizado por el sistema equivale a 0 (cero). Esto conlleva que el proceso no hace un trabajo con el par presión-volumen; así, toda energía térmica que se transfiera al sistema de manera externa, se absorberá como energía interna. Podemos decir que el sistema está dinámicamente aislado de su alrededor por una frontera inflexible.

Temperatura y entropía

Este es otro de los tipos de procesos termodinámicos que debemos tener en cuenta. El par se relaciona con el traspaso de aquella energía térmica que resulta del ascenso de temperatura. Veamos las subclases que corresponden a la categoría:

  • Proceso isotérmico: se produce a temperatura constante. El sistema se encuentra térmicamente vinculado a través de un límite cuyo material es conductor, a un depósito de calor constante.
  • Proceso adiabático: en este caso, no existe energía agregada o quitada del sistema a través del enfriamiento o del calentamiento. Aquí el sistema se aísla –en un nivel térmico- de su contexto y sus límites también son aislantes del calor. Si dicho sistema contiene una entropía que no ha llegado a su punto máximo de equilibrio, se incrementará por más de que el sistema se halle térmicamente apartado.
  • Proceso isentrópico: es aquel que aparece con una entropía de tipo constante. Cuando el sistema en cuestión posee una entropía que todavía no ha llegado a su máximo punto de equilibrio, es posible que sea necesario un enfriamiento para mantener dicho valor en los niveles deseados.

Potencial químico y cantidad de partículas

Hemos alcanzado el tercer tipo de procesos termodinámicos que debemos analizar. Aquí, los procesos asumen de forma implícita que las fronteras resultan impermeables a ciertas partículas. Es posible suponer que las mismas son inflexibles y se encuentran aisladas al calor, aunque resultan permeables o 1 o más clases de partículas específicas.

En cada par de potencial químico y cantidad de partículas, tales inferencias se mantienen; el conjunto combinado se relaciona con la transmisión energética a través del traspaso de partículas. Veamos las especificidades de cada miembro del par:

  • Potencial químico: si el proceso es constante, el sistema se conecta a través del traspaso de partículas con un límite que es permeable a las mismas.
  • Cantidad de partículas: cuando el proceso es constante, no existe energía agregada o quitada del sistema por medio de la transferencia de partículas. Es posible afirmar que el sistema se aísla mediante el traspaso de partículas de los alrededores, a través de una frontera que resulta permeable a las mismas.

Ya ves que los procesos termodinámicos presentan especificidades que es necesario estudiar por separado si quieres arribar a una total comprensión del tema. Nosotros, con este post, esperamos haber colaborado para que alcances ese objetivo. De cualquier manera, te invitamos a mirar el siguiente video sobre los fenómenos físicos que abordamos, para que el tópico te quede mucho más claro.

Explicación procesos termodinámicos
Cómo estudiar los procesos termodinámicos

Ejemplos de procesos termodinámicos

Hasta el momento, hemos presentado una definición bastante amplia de lo que implica el concepto de “procesos termodinámicos“; te hemos mostrado cómo funcionan y qué tipos de fenómenos físicos se pueden producir como variantes. No obstante, creemos que a esta exposición le falta un punto y es una lista de ejemplos concretos de tales procesos en la vida real. Queremos salirnos de los cálculos y los manuales para traer el tema a lo cotidiano, para que comprendas cuán importante es:

  • La transferencia de calor en un termo lleno de líquido muy caliente o muy frío -lo cual apunta a su conservación- se da por procesos de este tipo.
  • Muchos motores diésel y con pistones, arrancan gracias a la provocación de tales fenómenos físicos.
  • En tu cocina, el hecho de poner a hervir un líquido y que este cambie de estado debido a la intervención del calor, se puede explicar con los procesos termodinámicos.
  • En general, los aparatos de climatización (aires acondicionados, estufas eléctricas, caloventores y todo lo que posea un termostato) funcionan con dispositivos basados en estos fenómenos.
  • Cuando vas a una gran tienda de electrodomésticos a comprar ciertos dispositivos como una heladera, puedes medir su eficiencia energética gracias a los estándares termodinámicos, que permiten clasificar los aparatos eléctricos en categorías (A, B, C y así sucesivamente).
  • Las gomas de los coches, los globos que tienen gas y otros objetos que funcionan “cuando están inflados”, utilizan artefactos específicos que se manejan con presión y volumen, lo cual es propio de los procesos termodinámicos.

En fin, ya ves que más allá de los postulados de la Física, este es un tema que nos compete a todos porque está presente en muchas acciones de la vida cotidiana, en aparatos que nos permiten cumplir diversas tareas y hasta en la naturaleza misma que nos rodea. Por eso nos pareció importante que lo conocieras al menos someramente.

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