Transformación termodinámica
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Transformación termodinámica. Se dice que un sistema experimenta una transformación termodinámica cuando pasa de un estado de equilibrio termodinámico a otro.
Sumario
Transformaciones cuasiestáticas
Mientras tiene lugar una transformación termodinámica no hay equilibrio y no se puede aplicar ninguna ecuación de estado. Sin embargo, generalmente se consideran transformaciones que pueden suponerse como una sucesión de estados de equilibrio muy próximos entre sí; se denominan transformaciones cuasiestáticas y son las únicas que pueden ser representadas mediante un diagrama de Clapeyron.
Una transformación reversible es una transformación cuasiestática en la que un cambio infinitesimal puede hacer que el sistema recupere su configuración de equilibrio inicial. En caso contrario se dice que es una transformación irreversible.
Un ejemplo de transformación reversible puede ser la vaporización de un líquido bajo su propia presión de vapor en un cilindro con un pistón sin rozamientos y en contacto con un recinto isotermo.
Transformaciones irreversibles
Los procesos reales son siempre irreversibles en mayor o menor extensión. El flujo calorífico de un cuerpo a otro, la expansión libre de un gas, la disolución de un sólido o las reacciones químicas espontáneas son transformaciones irreversibles.
Transformación cíclica
Una transformación cíclica (o ciclo) es aquella en que el estado final del sistema coincide con su estado inicial. En caso contrario se dice que es una transformación abierta. Conceptos asimismo muy importantes en termodinámica son los de transformación isoterma, que es la que tiene lugar a temperatura constante, transformación adiabática, que es la que tiene lugar sin intercambios de calor con el medio externo, transformación isóbara, que es la que tiene lugar a presión constante, y transformación isócora. que es la que tiene lugar a volumen constante.
Trabajo en una Transformación termodinámica
Cuando un sistema que está sometido a la presión ejercida por fuerzas extemas se expansiona, realiza un trabajo contra esas fuerzas. En cambio, si se comprime son las fuerzas extemas las que realizan un trabajo sobre el sistema. En termodinámica, se considera positivo' el trabajo realizado por el sistema (expansión) y negativo el realizado por las fuerzas exteriores (compresión).
Para calcular este trabajo, se considera un fluido contenido en un cilindro rígido cerrado herméticamente por un pistón.
Inicialmente el fluido está en equilibrio bajo la presión P. Si el área del pistón es S. la fuerza ejercida sobre él por el fluido será F = PS. Si el pistón experimenta un desplazamiento Ae, el trabajo elemental realizado por el fluido será: AW = P-S-Ae = P-AV
ya que el producto S-Ae es precisamente la variación de volumen.
Una expansión reversible puede descomponerse en una sucesión de expansiones elementales en sentido opuesto a la presión, por lo tanto el trabajo de expansión de un fluido puede expresarse como: W = IP-AV
En general, para calcular esta suma de trabajos elementales habrá que recurrir al cálculo integral, ya que la presión y el volumen serán variables ligadas por una relación funcional. El trabajo viene dado por el área de la superficie sombreada en el diagrama volumen-presión. Caso particular: para que una expansión sea isóbara, el sumatorio (área sombreada) se calcula fácilmente: W = P-(V1-V0)
Fuentes
- Enciclopedia autodidáctica interactiva Océano. Océano grupo Editorial S.A. Impreso España. ISBN 84-494-0715-X (Volumen 4). Física. Electrostática.
- Colectivo de Autores. Libro de texto Física 9no grado. Editorial Pueblo y Educación. Ciudad de La Habana. 2001.
