proceso termodinámicos y gas ideal

Procesos Termodinámicos
Tipos:
Adiabático
Isocórico
Isobárico
Isotérmico
Proceso Adiabático
Se define proceso adiabático como uno en el que no entra ni sale calor del sistema; Q=0. Se puedes evitar el flujo de calor ya sea rodeando el sistema con material térmicamente aislante o realizando el proceso con tal rapidez que no haya tiempo para un flujo de calor apreciable
Proceso AdiabáticoU2 – U1 = ΔU = -W (Proceso Adiabático)
Cuando un sistema se expande adiabáticamente, W es positivo (el sistema efectúa trabajo sobre su entorno), así que ΔU es negativo y la energía interna disminuye.
Si un sistema se comprime adiabáticamente, W es negativo (el entorno efectúa trabajo sobre el sistema) y ΔU aumenta.
Proceso Isocórico
Un proceso Isocórico se efectúa un volumen constante. Siel volumen de un sistema termodinámico es constante, no efectúa trabajo sobre su entorno; W=0.
U2 – U1 = ΔU = Q (Proceso Isocórico)
En un proceso Isocórico, toda la energía agregada como calor permanece en el sistema como aumento de energía interna.
Proceso Isocórico
Calentar un gas en un recipiente cerrado de volumen constante es un ejemplo de proceso Isocórico.
Hay tipos de trabajos que noimplican un cambio de volumen. Por ejemplo, podemos efectuar trabajo sobre un fluido agitándolo.
En algunos libros “Isocórico”, implica que no se efectúa ningún tipo de trabajo
Proceso Isobárico
Un proceso isobárico se efectúa a presión constante. En general, ninguna de las tres cantidades ΔU, Q y W es cero en un proceso isobárico, pero aun así es fácil calcular W.
W = p(V2-V1)
ProcesoIsotérmico
Un proceso isotérmico se efectúa a temperatura constante. Para ello, todo intercambio de calor con el entorno debe efectuarse con tal lentitud para que se mantenga el equilibrio térmico.
En general, ninguna de las cantidades: ΔU, Q o W es cero en un proceso isotérmico.
En casos especiales, la energía interna de un sistema depende únicamente de su temperatura y no de su presión ni suvolumen.
En tales sistemas como el fas ideal, si la temperatura es constante, la energía interna también lo es; ΔU= 0 y Q= W
Es decir, toda la energía que entre en el sistema como calor Q deberá salir como trabajo W efectuado por el sistema.
La figura siguiente muestra una grafica pV para cada uno de estos cuatro procesos con una cantidad constante de gas ideal
Cuatro procesos distintos para unacantidad constante de gas ideal, todos parten del estado a. Para el proceso adiabático, Q=0; para el isocórico, W=O; y para el isotérmico, ΔU=0
La temperatura solo aumenta durante la expansión isobárica.


ENERGÍA INTERNA DEL GAS IDEAL
Para el caso de un gas ideal puede demostrarse que la energía interna depende exclusivamente de la temperatura, ya en un gas ideal se desprecia todainteracción entre las moléculas o átomos que lo constituyen, por lo que la energía interna es sólo energía cinética, que depende sólo de la temperatura. Este hecho se conoce como la ley de Joule.


Donde n es el número de moles y Cv la capacidad calorífica molar a volumen constante.
Las temperaturas deben ir expresadas en Kelvin.
Para demostrar esta expresión imaginemos dos isotermas caracterizadaspor sus temperaturas TA y TB como se muestra en la figura.



Un gas ideal sufrirá la misma variación de energía interna (ΔUAB) siempre que su temperatura inicial sea TA y su temperatura final TB, según la Ley de Joule, sea cual sea el tipo de proceso realizado.
Elijamos una transformación isócora (dibujada en verde) para llevar el gas de la isoterma TA a otro estado de temperatura TB. Eltrabajo realizado por el gas es nulo, ya que no hay variación de volumen. Luego aplicando el Primer Principio de la Termodinámica:



El calor intercambiado en un proceso viene dado por:

Siendo C la capacidad calorífica. En este proceso, por realizarse a volumen constante, se usará el valor Cv (capacidad calorífica a volumen constante). Entonces, se obtiene finalmente:



Ahora...