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PROCESOS ISOCÓRICOS Otro caso especial para la primera ley se presenta cuando no se realizó trabajo, ni por el sistema ni sobre el sistema. Este tipo de proceso se conoce como proceso isocórico. También recibe el nombre de proceso isovolumétrico puesto que no puede haber cambio en el volumen sin la realización de trabajo. Un proceso isocórico es aquel en el que el volumen del sistema permanececonstante. Aplicando la primera ley de un proceso en el que W=0, obtenemos Q = U (Isocórico)

prácticamente permanece en equilibrio térmico con sus alrededores. La presión aumenta a medida que el volumen disminuye, pero la temperatura es prácticamente constante. (La ley de Boyle describe cambios de volumen y presión durante dichos procesos) Un proceso isotérmico es aquel en el que latemperatura del sistema permanece constante. Si no hay cambio de fase, una temperatura constante indica que no hay cambio en la energía interna del sistema. Aplicando la primera ley a un proceso en el que U = 0, obtenemos Q=W (Isotérmico)

Por lo tanto, en un proceso isocórico toda la energía térmica absorbida por un sistema incrementa su energía interna. En este caso generalmente hay un incremento enla temperatura del sistema. Un proceso isócorico ocurre cuando se calienta agua en un recipiente a volumen fijo, como muestra la figura 5. A medida que se suministra calor, el aumento en la energía interna da por resultado una elevación en la temperatura del agua hasta que esta empieza a hervir. Si se continua incrementando la energía interna, se pone en marcha el proceso de evaporación. Sinembargo, el volumen del sistema, formado por agua y vapor permanece constante y no se realiza trabajo externo. Cuando se retira la flama, el proceso se invierta a medida que el calor deja el sistema a través del fondo del cilindro. El vapor de agua se condensará, y la temperatura del agua resultante llegará a ser igual a la temperatura ambiente. Este proceso representa una perdida de calor y elcorrespondiente descenso en energía interna pero, nuevamente, no se realizará trabajo.

Por lo tanto, en un proceso isotérmico toda la energía absorbida por un sistema se convierte en un trabajo de salida.

PROCESO ISOBÁRICO Consideremos ahora un proceso isobárico (a presión constante) para el caso de un sistema cerrado, como se ilustra en la figura 6 a) y b). El sistema recibe una cantidad de calorQ, lleva a cabo un trabajo W y experimenta un cambio de energía interna U = U2 – U1 Un proceso isobárico es aquel en que la presión permanece constante. La primera ley de la termodinámica, para un sistema cerrado en reposo y cálida para todos los procesos es: Q = (U2 – U1) + W (Isobárico) En los casos de proceso reversible podemos expresar la primera ley como: Q = (U2 – U1) + ʃ 12 pdv O bien Q =dU + pdv Si se trata de un proceso reversible a “P” constante y en un sistema cerrado, el trabajo es: W = ʃ 12 pdv = P (V2 - V1) W = P2 V2 – P1 V1 si se emplea la ecuación de estado del gas ideal: PV = nRT, resulta entonces que: W = nR (T2 – T1)

Fig. 5. En un proceso isocórico, el volumen del sistema (agua y vapor) permanece constante

PROCESO ISOTÉRMICO Es posible que la presión y elvolumen de un gas varíen sin que cambie la temperatura. Un gas se puede comprimir en un cilindro en forma tan lenta que

Fig. 6 a) Proceso de calentamiento a presión constante. b) Interpretación grafica del trabajo mecánico en el caso de un proceso isobárico.

Sistemas abiertos (Flujo permanente): Cuando se trata un sistema abierto en el cual existen condiciones de estado estable y flujopermanente, el análisis resulta mucho más sencillo. Simplemente igualamos toda la energía entrante al sistema, con toda la que sale del mismo, y se despeja de la ecuación la incógnita respectiva, generalmente el calor (Q) recibido o el trabajo (W) realizado por el sistema. La siguiente figura 7 ilustra un sistema abierto común. Como ya sabemos, el calor se puede expresar de la siguiente forma: q = dh +...