"LEYES Y PROCESOS TERMODINÁMICOS"

1ra. LEY DE LA TERMODINÁMICA-LEY DE LA CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA.

También conocido como principio de conservación de la energía para la termodinámica, establece que si se realiza trabajo sobre un sistema o bien éste intercambia calor con otro, la energía interna del sistema cambiará. Visto de otra forma, esta ley permite definir el calor como la energía necesaria que debe intercambiar el sistema para compensar las diferencias entre trabajo y energía interna. Fue propuesta por Antoine Lavoisier. 

 Establece que, al suministrar una determinada cantidad de energía térmica (Q) a un sistema, esta cantidad de energía será igual a la diferencia del incremento de la energía interna del sistema (ΔU) menos el trabajo (W) efectuado por el sistema sobre sus alrededores:

Este principio indica que la energía no se crea ni se destruye sino que sólo se transforma de una forma a otra. En estas transformaciones la energía total permanece constante.

La ley de conservación de la energía afirma que:

1. No existe ni puede existir nada capaz de generar energía .

2. No existe ni puede existir nada capaz de hacer desaparecer la energía.

3. Si se observa que la cantidad de energía varía siempre será posible atribuir dicha variación a un intercambio de energía con algún otro cuerpo o con el medio circundante.

PROCESOS:

Isotérmico: Se denomina proceso isotérmico o proceso isotermo al cambio reversible en un sistema termodinámico, siendo dicho cambio a temperatura constante en todo el sistema.

Una curva isoterma es una línea que sobre un diagrama representa los valores sucesivos de las diversas variables de un sistema en un proceso isotermo. Las isotermas de un gas ideal en un diagrama P-V, llamado diagrama de Clapeyron, son hipérbolas equiláteras, cuya ecuación es P•V = constante. 

 

Proceso isocórico:

Un proceso isocórico, también llamado proceso isométrico o isovolumétrico es un proceso termodinámico en el cual el volumen permanece constante; . Esto implica que el proceso no realiza trabajo presión-volumen, ya que éste se define como , donde  es la presión (el trabajo es positivo, ya que es ejercido por el sistema).

Aplicando la primera ley de la termodinámica, podemos deducir que , el cambio de la energía interna del sistema es:

para un proceso isocórico: es decir, todo el calor que transfiramos al sistema se sumará a su energía interna, . Si la cantidad de gas permanece constante, entonces el incremento de energía será proporcional al incremento de temperatura,

donde  es el calor específico molar a volumen constante. En un diagrama P-V, un proceso isocórico aparece como una línea vertical


 

[editar]Proceso isobárico:

Proceso isobárico es aquel proceso termodinámico que ocurre a presión constante. En él, el calor transferido a presión constante está relacionado con el resto de variables.

Un proceso isobárico es un proceso termodinámico que ocurre a presión constante. La Primera Ley de la Termodinámica, para este caso, queda expresada como sigue:

,

Donde:

 = Calor transferido.

 = Energía Interna.

 = Presión.

 = Volumen.

En un diagrama P-V, un proceso isobárico aparece como una línea horizontal.

 

[editar]Proceso adiabático:

En termodinámica se designa como proceso adiabático a aquel en el cual el sistema (generalmente, un fluido que realiza un trabajo) no intercambia calor con su entorno. Un proceso adiabático que es además reversible se conoce como proceso isentrópico. El extremo opuesto, en el que tiene lugar la máxima transferencia de calor, causando que la temperatura permanezca constante, se denomina como proceso isotérmico. El término adiabático hace referencia a elementos que impiden la transferencia de calor con el entorno. Una pared aislada se aproxima bastante a un límite adiabático. Otro ejemplo es la temperatura adiabática de llama, que es la temperatura que podría alcanzar una llama si no hubiera pérdida de calor hacia el entorno. En climatización los procesos de humectación (aporte de vapor de agua) son adiabáticos, puesto que no hay transferencia de calor, a pesar que se consiga variar la temperatura del aire y su humedad relativa. El calentamiento y enfriamiento adiabático son procesos que comúnmente ocurren debido al cambio en la presión de un gas. Esto puede ser cuantificado usando la ley de los gases ideales.


La ecuación matemática que describe un proceso adiabático en un gas es

donde P es la presión del gas, V su volumen y

siendo  el calor específico molar a presión constante y  el calor específico molar a volumen constante. Para un gas monoatómico ideal, . Para un gas diatómico (como el nitrógeno o el oxígeno, los principales componentes del aire) 

 

[editar]Procesos politrópicos:

Los procesos politrópicos son aquellos procesos termodinámicos para gases ideales que cumplen con la ecuación:  donde  es un número dado. Para el caso de procesos adibáticos,  es igual a , el cual es un valor específico para cada sustancia. Este valor se puede encontrar en tablas para dicho caso.

 

2da. LEY DE LA TERMODINÁMICA

El segundo principio de la termodinámica dictamina que si bien la materia y la energía no se pueden crear ni destruir, sí que se transforman, y establece el sentido en el que se produce dicha transformación. Sin embargo, el punto capital del segundo principio es que, como ocurre con toda la teoría termodinámica, se refiere única y exclusivamente a estados de equilibrio. 

La definición formal del segundo principio de la termodinámica establece que:

En un estado de equilibrio, los valores que toman los parámetros característicos de un sistema termodinámico cerrado son tales que maximizan el valor de una cierta magnitud que está en función de dichos parámetros, llamada entropía.

¿Por qué si la tecnología esta tan adelantada no es posible construir una máquina  térmica que sea capaz de transformar todo el calor que se le suministra en trabajo mecánico?

Es muy probable convertir calor en trabajo mecánico, aunque nunca con una eficiencia del 100%, ni aún si estuviéramos hablando de máquinas ideales o imaginarias.

Hay algunos ejemplos: 

1) Un motor convencional de automóvil transforma calor cedido por el combustible en trabajo mecánico que sirve para impulsar el vehículo.

2) Una máquina de vapor, como había en las antiguas locomotoras, convierte el calor del vapor en trabajo mecánico, mediante un movimiento alternativo (cilindro y pistón).

3) Una turbina de gas, donde gases calientes impulsan a la turbina cuyo eje gira produciendo un trabajo mecánico. Esto se usa mucho para propulsar generadores de energía eléctrica.

4) Una turbina de vapor, similar a la anterior pero utilizando vapor de agua. Estas se usan por ejemplo en buques nucleares, donde se genera vapor mediante energía atómica, luego ese vapor cede su energía térmica en una turbina de vapor, entregando energía mecánica.

5)Al ceder calor a un conjunto cilindro-émbolo que se mantiene inmóvil, en cuyo interior hay un gas, la presión del gas aumenta. Si luego se deja correr libremente al émbolo, habrá una expansión del gas que empujará el émbolo entregando de esta manera un trabajo mecánico.