Termodinámica

* PROCESO REVERSIBLE E IRREVERSIBLE
Un proceso reversible es aquel en el que todo estado a lo largo de una trayectoria está en estado de equilibrio, y que aquel para el cual el sistema se puede regresar a sus condiciones iniciales a lo largo de la misma trayectoria.
Un proceso que no satisface estos requisitos es irreversible. Se sabe que la mayor parte de procesos naturales es irreversible; elproceso irreversible es una idealización. Aun cuando los procesos reales son irreversibles, algunos son casi reversibles. Si un proceso real ocurre con gran lentitud, de modo que el sistema está prácticamente siempre en equilibrio, el proceso se puede considerar reversible. Por ejemplo, imaginemos que comprimimos un gas muy lentamente mediante la colocación de algunos granos de arena sobre elembolo sin fricción, como se ve en la figura 1. La temperatura se puede mantener constante si colocamos el gas en contacto térmico con un depósito de energía. La presión, volumen y temperatura del gas están bien definidos durante esta compresión isotérmica. Cada grano de arena que se agregue representa un cambio a un nuevo estado de equilibrio. El proceso se puede invertir si quitamos lentamente unoa uno los granos de arena del embolo (Serway 2004).

* TRABAJO MÁXIMO Y TRABAJO MÍNIMO
En Termodinámica, trabajo se define como “cualquier cantidad (de energía) que fluye a través de la frontera de un sistema durante un cambio de estado y que puede usarse por completo para elevar un cuerpo del entorno”. Además:
* el trabajo sólo aparece en las fronteras o límites del sistema
* eltrabajo sólo aparece durante un cambio de estado
* el trabajo se manifiesta por su efecto sobre el entorno
* la cantidad de trabajo es igual a mgh, con m: masa; g: aceleración de gravedad; h: altura de elevación del objeto (unidad: Joule [J]; 1 [J] = 1 [Nm]).
En una transformación isotérmica se cumple que Q = W, puesto que ΔU = 0. Esto significa que en una transformación isotérmica toda laenergía que el sistema puede intercambiar en forma de calor, se transforma en trabajo.
Si la transformación además de isotérmica es reversible, el trabajo realizado por el sistema será el máximo posible entre los estados inicial y final de la transformación.
La condición de reversibilidad es necesaria puesto que si la presión exterior fuera apreciablemente menor, (en lugar de infinitesimalmentemenor) que la presión del gas, el trabajo de expansión sería también menor.
El máximo trabajo se consigue entonces cuando en la transformación la presión exterior y del gas son iguales (transformación reversible) y cuando la temperatura permanece constante (transformación isotérmica). Cuando un proceso isotérmico se realiza irreversiblemente, el trabajo realizado es siempre menor, para el mismoincremento de volumen, que cuando se realiza reversiblemente.
Si en la transición de un estado a otro el cuerpo efectúa un trabajo sobre el objeto exterior, alguna fuente de trabajo externa debe efectuarlo sobre el cuerpo en la transición inversa del segundo estado del primero. A la transición directa que va acompañada de la realización del máximo trabajo por el cuerpo, corresponde la transicióninversa cuya realización exige la contribución, por parte de la fuente exterior, del trabajo. Es evidente que los trabajos máximo y mínimo coinciden, de modo que los problemas de calcularlos son del todo equivalentes, y en lo que sigue se considera el trabajo realizado sobre el cuerpo por la fuente de trabajo externa térmicamente aislada.
Trabajo obtenido en un proceso isotérmico reversibledonde el valor del cambio de energía interna es 0.
Si ΔU=0
0=W+Q
W=−Q
Toda la energía que puede intercambiar el sistema en forma de calor se transforma en trabajo.
Si además de isotérmico el proceso es reversible el trabajo obtenido será un mínimo posible.
Al incrementar el número de etapas en el proceso de expansión, el trabajo se acerca al valor que corresponde al área bajo la isoterma....