UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA FACULTAD DE INGENIERÍAS

ESCUELA DE MECÁNICA LABORATORIO DE TERMODINÁMICA

CUESTIONARIO DE PROCESOS TERMODINÁMICOS

1. ¿Qué es un proceso termodinámico?

En física, se denomina proceso termodinámico a la evolución de determinadas magnitudes (o

propiedades) propiamente termodinámicas relativas a un determinado sistema físico. Desde el

punto de vista de la termodinámica, estas transformaciones deben transcurrir desde un estado

de equilibrio inicial a otro final; es decir, que las magnitudes que sufren una variación al pasar

de un estado a otro deben estar perfectamente definidas en dichos estados inicial y final. De

esta forma los procesos termodinámicos pueden ser interpretados como el resultado de la

interacción de un sistema con otro tras ser eliminada alguna ligadura entre ellos, de forma que

finalmente los sistemas se encuentren en equilibrio (mecánico, térmico y/o material) entre sí.

De una manera menos abstracta, un proceso termodinámico puede ser visto como los cambios

de un sistema, desde unas condiciones iniciales hasta otras condiciones finales, debidos a la

desestabilización del sistema

2. ¿Qué es un 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

3. ¿Qué es un proceso isotérmico?

O proceso isotermo al cambio de temperatura reversible en un sistema termodinámico, siendo

dicho cambio de temperatura constante en todo el sistema. La compresión o expansión de un

gas ideal en contacto permanente con un termostato es un ejemplo de proceso isotermo, y

puede llevarse a cabo colocando el gas en contacto térmico con otro sistema de capacidad

calorífica muy grande y a la misma temperatura que el gas; este otro sistema se conoce como

foco caliente. De esta manera, el calor se transfiere muy lentamente, permitiendo que el gas se

expanda realizando trabajo. Como la energía interna de un gas ideal sólo depende de la

temperatura y ésta permanece constante en la expansión isoterma, el calor tomado del foco es

igual al trabajo realizado por el gas: Q = W.

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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.

4. ¿Qué es un proceso isocórico?

Un proceso isocórico, también llamado proceso isométrico o isovolumétrico es un proceso

termodinámico en el cual el volumen permanece constante; ΔV = 0. Esto implica que el

proceso no realiza trabajo presión-volumen, ya que éste se define como: ΔW = PΔV, donde P

es la presión (el trabajo es positivo, ya que es ejercido por el sistema).

Aplicando la primera ley de la termodinámica, podemos deducir que Q, el cambio de la

energía interna del sistema es: Q = ΔU para un proceso isocórico: es decir, todo el calor que

transfiramos al sistema quedará a su energía interna, U. Si la cantidad de gas permanece

constante, entonces el incremento de energía será proporcional al incremento de temperatura,

Q = nCVΔT donde CV es el calor específico molar a volumen constante. En un diagrama P-

V, un proceso isocórico aparece como una línea vertical

5. ¿Qué es un proceso isentrópico?

Un proceso isentrópico (combinación de la palabra griega "iso" - igual - y "entropía") es aquel

en el que la entropía del fluido que forma el sistema permanece constante.

Según la segunda ley de la termodinámica, se puede decir que:

Donde δQ es la cantidad de energía que el sistema gana por calentamiento, T es la

temperatura del sistema, y dS es el cambio en la entropía. El símbolo de igualdad implicaría

un proceso reversible. En un proceso isentrópico reversible no hay transferencia de energía

calorífica, y por tanto el proceso es también adiabático. En un proceso adiabático irreversible,

la entropía se incrementará, de modo que es necesario eliminar el calor del sistema (mediante

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refrigeración) para mantener una entropía constante. Por lo tanto, un proceso isentrópico

irreversible no es adiabático.

Para procesos reversibles, una transformación isentrópico se realiza mediante el aislamiento

térmico del sistema respecto a su entorno. (Proceso adiabático).

La temperatura es la variable termodinámica conjugada de la entropía, de modo que el

proceso conjugado será isotérmico, y el sistema estará térmicamente conectado a un baño

caliente de temperatura constante. Los procesos isotérmicos no son isentrópico.

6. ¿Qué es un proceso adiabático?

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.

7. ¿Qué es un proceso politropico?

Es aquél que tiene lugar con capacidad calorífica constante; es decir, un proceso a lo largo del

cual la temperatura del gas varía proporcionalmente con el calor intercambiado con el entorno

generado en el interior por rozamiento. Un proceso politropico de un sistema cerrado se

describe mediante una relación presión-volumen de la forma:

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Donde n es una constante, en un proceso de esta clase, el producto de la presión y la enésima

potencia del volumen es una constante. Algunos procesos politrópicos en coordenadas

presión-volumen son:  

Casos particulares del proceso politrópico:

 Cuando n = 0, se trata de un proceso isobárico (p = cte.)Cuando n = 1, se trata de un proceso

isotérmico (T = cte.)Cuando n = (p V) C / C, se trata de un proceso adiabático (q = 0) Cuando

n = , se trata de un proceso isocórico o isométrico (V = cte.)   

8. ¿Qué enuncia la ley de Boyle?

La Ley de Boyle-Mariotte (o Ley de Boyle), formulada por Robert Boyle y Edme Mariotte, es

una de las leyes de los gases ideales que relaciona el volumen y la presión de una cierta

cantidad de gas mantenida a temperatura constante. La ley dice que el volumen es

inversamente proporcional a la presión:

Donde es constante si la temperatura y la masa del gas permanecen constantes.

Cuando aumenta la presión, el volumen disminuye, mientras que si la presión disminuye el

volumen aumenta. No es necesario conocer el valor exacto de la constante k para poder hacer

uso de la ley: si consideramos las dos situaciones de la figura, manteniendo constante la

cantidad de gas y la temperatura, deberá cumplirse la relación:

Esta ley es una simplificación de la ley de los gases ideales o perfectos particularizada para

procesos isotermos de una cierta masa de gas constante.

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Junto con la ley de Charles, la ley de Gay-Lussac, la ley de Avogadro y la ley de Graham, la

ley de Boyle forma las leyes de los gases, que describen la conducta de un gas ideal. Las tres

primeras leyes pueden ser generalizadas en la ecuación universal de los gases

9. ¿Qué enuncia la ley de Charles y Gay-Lussac?

La ley de Charles y Gay-Lussac (frecuentemente llamada ley de Charles) es una de las leyes

de los gases ideales que relaciona el volumen y la temperatura de una cierta cantidad de gas

mantenida a presión constante y dice que el volumen es directamente proporcional a la

temperatura:

Donde  V  es el volumen,  T  la temperatura absoluta (en kelvin) y k una constante.

Cuando aumenta la temperatura, el volumen aumenta, mientras que si la temperatura

disminuye el volumen también lo hace. El valor exacto de la constante k no es necesario

conocerlo para poder hacer uso de la Ley; si consideramos las dos situaciones de la figura,

manteniendo constante la cantidad de gas y la presión, deberá cumplirse la relación:

   o bien   

Esta Ley fue primeramente formulada por Jacques Charles en 1787, que descubrió que la

relación del volumen de un gas con la temperatura era:

V = V0 (1 + α t) donde V0 es el volumen del gas a 0ºC, t la temperatura (ºC) y

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Una constante para todos los gases.

Se estableció luego que

por lo que la relación anterior se escribe

, Con T = t + 273,16 la

temperatura del gas en kelvin, y T0 = 273,16 la temperatura en kelvin correspondiente a 0°C.

Los trabajos de Charles, que no fueron publicados, cayeron por casualidad en manos de

Joseph-Louis Gay-Lussac, quien repitió los experimentos de Charles y publicó el resultado en

1802.

Esta Ley es en realidad un caso particular de la Ley de los gases ideales (también llamada ley

de los gases perfectos) cuando la presión no varía (es decir durante un proceso isobárico).