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Se denomina proceso isotérmico o proceso isotermo al cambio reversible en un sistema termodinámico, siendo dicho cambio a temperatura constante en todo el sistema. La compresión o expansión de un gas ideal 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 seconoce como foco calórico. 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.
Una curva isoterma es una línea que sobre un diagrama representa losvalores 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.
Proceso isotérmico de un gas
Una expansión isotérmica es un proceso en el cual un gas se expande (o contrae), manteniendo la temperatura constante durante dicho proceso, esdecir que T1= T2 para los estados inicial (1) y final (2) del proceso isotérmico. Aplicando el primer principio de la termodinámica se obtiene:
Entonces integrando la expresión anterior, tomando como estado inicial el estado 1 y estado final el estado 2, se obtiene:
..........(1)
Por la definición de trabajo dada en mecánica se tiene que:
Pero la fuerza se puede expresar en función dela presión que se ejerce el gas, y el desplazamiento se puede escribir como dx, entonces:
Pero Adx equivale a dV, el aumento en el volumen del gas durante esta pequeña expansión, entonces el trabajo efectuado por el gas sobre los alrededores como resultado de la expansión es:
..........(2)
Ahora reemplazando (1) en (2) se puede integrar:
..........(3)
NAZARET ALEJANDRA VERA BACAB
Peropara integrar la tercera integral, es necesario conocer la forma de variación de la presión P con el volumen, durante el proceso tratado.
En el caso de tratar con gases ideales, se tendría la relación:
..........(4)
Por lo tanto reemplazando (4) en (3) se tiene que:
Como los valores n y R son constantes para cada gas ideal, y en este caso la temperatura también es constante, éstas puedensalir fuera de la integral obteniéndose:
Ahora integrando:
..........(5)
Pero se sabe que la energía interna depende sólo de la temperatura (Ver: La energía interna como función de la temperatura), y como en este proceso ésta se mantiene constante, no hay cambio en la energía interna del gas, por lo que la expresión (5) se reduce a:
Por lo tanto, en una expansión isotérmica de ungas perfecto, el calor de entrada es igual al trabajo efectuado por el gas.
NAZARET ALEJANDRA VERA BACAB
PROCESO ISOBÁRICO
Un proceso isobárico es un proceso termodinámico que ocurre a presión constante. La Primera Ley de la Termodinámica, para este caso, queda expresada como sigue:
,
Donde:
= Calor transferido.
= Energía interna.
= Presión.
= Volumen.
En un diagrama P-V,un proceso isobárico aparece como una línea horizontal.
Proceso isobárico de un gas
Una expansión isobárica es un proceso en el cual un gas se expande (o contrae) mientras que la presión del mismo no varía, es decir si en un estado 1 del proceso la presión es P1 y en el estado 2 del mismo proceso la presión es P2, entonces P1 = P2. La primera ley de la termodinámica nos indica que:Integrando la expresión anterior, tomando como estado inicial el estado 1 y estado final el estado 2, se obtiene:
..........(1)
Por la definición de trabajo dada en mecánica se tiene que:
Pero la fuerza se puede expresar en función de la presión que se ejerce el gas, y el desplazamiento se puede escribir como dx, entonces:
Pero Adx equivale a dV, el aumento en el volumen del gas durante esta...
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