Procesos reversibles

Introducción

Un proceso es reversible si, después de que ocurre, tanto el sistema como entorno pueden, por cualquier medio posible, regresar a sus estados original. Cualquier otro proceso se conoce como irreversible.

Los procesos reversibles son importantes porque proporcionan el trabajo Máximo para dispositivos que producen trabajo, y el trabajo mínimo de entrada a di positivos queabsorben trabajo para operar. Para estos dispositivos y muchos otros, los procesos reversibles son normas de comparación. Para determinar si i proceso es reversible, es necesario aplicar la segunda ley.

Muchos otros efectos tales como un flujo de corriente eléctrica a través de una resistencia son también irreversibles pero no se describen aquí. En todos los casos, la prueba de reversibilidadinvolucra la aplicación de la segunda ley de la termodinámica.

1.1. Ilustraciones

Examinaremos los procesos irreversibles antes de los reversibles, por dos razones:

➢ Primera, con frecuencia es más fácil demostrar que un proceso es irreversible, que hallar uno que sea reversible.

➢ Segunda, una vez que se identifican cierto fenómenos irreversibles, con frecuencia podemos reconocer procesosreversibles simplemente por la ausencia de estos fenómenos irreversibles.

Cómo podemos identificar a los procesos irreversibles

Recuérdese que si un proceso es reversible, entonces tanto el sistema como su entorno pueden ser regresados a sus estados iniciales. Sin embargo, si un proceso irreversible, el proceso inverso es imposible. Por consiguiente, podemos determinar si un proceso esreversible determinando si es posible el proceso inverso.

Podemos demostrar que un proceso es imposible de la forma siguiente

✓ Suponer que el proceso es posible.

✓ Combinar este proceso con otros procesos, que por experiencia se sabe que son posibles, para formar un ciclo que viola la segunda ley. Si puede idearse un ciclo de esta naturaleza, entonces la suposición paso 1 es falsa y elproceso en cuestión es imposible.

Considérese el proceso en que un gas en un tanque cerrado, rígido y térmicamente aislado es agitado por una rueda con paletas ver figura El sistema es gas dentro del tanque. La rueda con paletas es activada por la acción de un cuerpo que cae y que hace girar una polea en un eje. El movimiento de la rueda con paletas es resistido por fuerzas de corte enel gas, y por consiguiente el trabajo es realizado sobre el gas por la rueda con paletas. El gas cambia del estado A al estado B. La aplicación de la primera Ley muestra que durante este proceso aumenta la energía interna del gas. La temperatura del gas aumenta.

1.2. Proceso Reversible

Si es reversible, entonces es posible restaurar tanto el sistema como su entorno a sus estados iniciales. Esdecir, debe existir algún proceso por el que el cuerpo sea levantado a su posición inicial en tanto que la energía interna del gas y consiguiente su temperatura disminuya.

1.3. Cuales Son Las Limitaciones

No se hizo ningún cambio en el entorno excepto bajar el peso durante el proceso original. Por consiguiente, durante el proceso inverso no puede hacerse ningún cambio en el entorno exceptolevantar cuerpo. Si este proceso inverso fuera posible, entonces el proceso de agitado es reversible.

Es Posible Este Proceso Inverso

Respondamos a esto suponiendo que el proceso inverso es posible. Luego, consideremos un ciclo compuesto de dos procesos.

✓ Proceso 1. El proceso antes descrito, donde se eleva el peso conforme disminuyen la temperatura y energía interna del gas. El sistemacambia de un estado inicial B a u estado inicial A.

✓ Proceso 2. Es aquel en que se transfiere calor de algún reservorio de energía de temperatura constante en el entorno al gas, en tanto que la rueda con paletas está en reposo. Durante este proceso debe eliminarse parte del aislamiento térmico del tanque. Este proceso continúa hasta que el gas llega su temperatura inicial T.

Los...