adiabatico

La Termodinámica se puede formular desde distintos puntos de partida. Es decir, partiendo de sus postulados podemos llegar a las diferentes conclusiones desde muchos caminos. El habitual es el conocido como camino histórico o el de las máquinas térmicas. Puesto que las leyes de la Termodinámica fueron enunciadas históricamente en base a estos tipos de máquinas que por aquel entonces comenzaban adespuntar.En el diagrama que acompaña a este texto se representa la presión en la línea vertical y el volumen en la línea horizontal. Supongamos que tenemos un gas encerrado en un pistón y lo calentamos hasta una temperatura T_{1}. El proceso 1->2 es una expansión isotérmica. El gas que se encuentra ocupando el mínimo volumen al entrar en contacto con la fuente de calor, lo absorbe pero no cambiasu temperatura, el gas utiliza esa energía para aumentar su volumen. En el proceso 2->3 la expansión isotérmica ha terminado en un punto en el que ya no necesita absorber más calor. Suponiendo que el sistema está sellado térmicamente el sistema continúa expandiéndose. Como no hay calor aportado desde el exterior, el gas se enfría al expandirse y ocupa el volumen máximo posible. En este punto 3->4se pone el foco a temperatura T_2 (siendo T_{2} < T_{1}) y el gas se empieza a comprimir. No aumenta su temperatura porque cede calor al foco térmico que está a menor temperatura. Una vez se retira el foco y el sistema vuelve a estar aislado se cierra el ciclo con la compresión adiabática 4->1 en la que el sistema se comprime y recupera el estado inicial.

Se puede demostrar que no existeninguna máquina térmica que funcione entre dos focos térmicos a distinta temperatura cuyo rendimiento sea mejor que el de una máquina de Carnot entre esos mismos focos térmicos.


Un bonito ejemplo de una máquina térmica (aunque no es un ciclo de Carnot) ocurre en las "tripas" de un pájaro bebedor. Este juguete consiste en un pájaro situado en vertical que al poco tiempo comienza a inclinarse comosi fuese a beber y luego recupera la verticalidad. Para ver con todo lujo de detallesdetalles sobre este bicho recomiendo visitar este enlace. Yo lo resumo de todas maneras.

Para funcionar necesita que la cabeza se moje con un líquido. Al evaporarse, absorbe calor de la cabeza. Entonces, el aire contenido en el tubo al enfriarse disminuye su volumen produciendo la succión del líquido contenidoen la parte inferior del pájaro hasta que la presión del cuerpo se iguala con la del cuello y con la columna de líquido que se ha desplazado. Mientras dura el enfriamiento la columna crece y ésto hace que el centro de gravedad del pájaro se vaya desplazando progresivamente hacia la cabeza produciendo que se agache. Cuando se inclina tanto que además de líquido sube el aire, el pájaro varecuperando la verticalidad conforme el líquido se ve obligado a descender. Como el líquido al ascender mojó de nuevo la cabeza, el proceso se repite.



Pero bueno, dejemos beber al pájaro y volvamos al punto de partida. Cuando un gas en equilibrio térmico con su entorno se expande, se enfría y enfría de paso las paredes del recipiente que lo contiene. Esto lo podemos experimentar con cualquierspray. O con un extintor, como en la imagen. Si apuntamos hacia una ventana de cerca, veremos cómo se condensa y queda una mezcla de agua y el polvo que contenía. En realidad el spray se encuentra en equilibrio térmico y a la misma temperatura, solo que dentro el gas propelente y el polvo del desodorante o del insecticida están a mucha presión. Al liberarlo, como el ambiente está a mucha menor presiónque en el bote el gas se expande violentamente disminuyendo su temperatura. Para expandirse, le roba el calor al exterior disminuyendo la temperatura del aire. Por eso se condensa el agua que contenía ese aire y queda un pegote en la ventana mezcla de agua y del polvo. Y además, el recipiente se ha enfriado. Llevado a la práctica podemos construir una nevera, porque sí, las neveras y los...