REVERSIBILIDAD TERMODIN MICA

REVERSIBILIDAD TERMODINÁMICA
OBJETIVO
Comprobar los procesos reversibles e irreversibles y demostrar el concepto de
reversibilidad termodinámica empleando un sistema de fuerzas generadas en una balanza
analítica.

CONSIDERACIONES TEÓRICAS
En termodinámica el concepto de proceso reversible es esencial para definir la segunda y
tercera ley de la termodinámica, así como algunas propiedadestermodinámicas importantes
como la entropía y las energías libres tanto de Helmholtz como de Gibbs.
Para comprender los conceptos de procesos o cambios reversibles e irreversibles y el
estado de equilibrio es necesario emplear los conceptos de fuerza y trabajo, cantidades que se
utilizan para modificar los sistemas mecánicos como en los procesos de expansión y compresión
de pistones, resortes ysuperficies.
Para realizar un cambio en un sistema del tipo antes mencionado, es necesario aplicar
una fuerza Fss (fuerza de acción) sobre el sistema. Este, por la inercia, genera una fuerza de
oposición FO (fuerza de reacción), que anula en forma total o parcial a la FS. Cuando Fs se anula
totalmente tenemos un sistema en equilibrio, es decir una fuerza resultante igual a
cero (Fr = ΣF = Fs –Fo = F = 0) yno se observa cambio alguno; pero si Fs no se anula, se
genera una fuerza resultante Fr diferente de cero, capaz de producir un movimiento o cambio
acelerado en el sistema. Se observa que mientras más grande es la fuerza resultante mayor es la
aceleración producida. En general tenemos dos casos para la fuerza resultante diferente de cero.
a) Cuando la fuerza resultante es muy grande, pero finita,Fr = F (medible con los aparatos
disponibles), se dice que se está realizando un proceso o un cambio IRREVERSIBLE. Las
características principales de estos procesos son: velocidades grandes y tiempos de
realización relativamente cortos.
b) Cabe mencionar que algunos factores que causan que un proceso sea irreversible son la
fricción, la expansión libre, la deformación inelástica de sólidos y latransferencia de calor
debida a una diferencia finita de temperatura.
c)
d) Cuando la fuerza resultante es una cantidad infinitesimalmente pequeña, (imposible de
medir), del orden de un diferencial, Fr = dF, el proceso o cambio es definido como un
proceso REVERSIBLE. Las características de este proceso son: velocidades cercanas a cero
y tiempos infinitamente grandes. Ya que estas características sonparecidas a las de un
sistema en equilibrio, se puede decir que un proceso reversible es “semejante” al estado
equilibrio. Sin embargo, si se habla en forma estricta, uno y otro son muy diferentes, un
sistema en equilibrio no producirá cambio alguno, a menos que se altere, mientras que el
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reversible estará cambiando y sólo se observará cuando haya pasado un tiempo infinitamente
grande.
Lascaracterísticas de un proceso reversible se pueden resumir en el siguiente párrafo (Smith,
2003):
 No hay fricción.
 Nunca se sale del equilibrio más que de una manera diferencial.
 Recorre una sucesión de estados de equilibrio.
 Las fuerzas impulsoras que ocasionan el desequilibrio tienen una magnitud diferencial.
 Se puede invertir este proceso en cualquier punto mediante un cambiodiferencial en las
condiciones externas.
 Cuando se invierte, vuelve a trazar su trayectoria original y restaura el estado inicial del
sistema así como su entorno.
El trabajo termodinámico WT se define en función del valor de la fuerza de oposición FO
al sistema y la distancia del desplazamiento generado d, de acuerdo a la siguiente expresión:
WT = FO d cos

(1)

Donde  es el ángulo formado entre lafuerza de oposición FO y la dirección del desplazamiento
d.
Convencionalmente (Castellan G., 1998), la transferencia de calor del entorno hacia el
sistema y el trabajo producido en el entorno por un cambio de estado de un sistema son positivos
Por el contrario, en un cambio de estado del sistema la transferencia de calor desde el sistema
hacia el entorno y el trabajo hecho sobre un sistema por el...