Procesos termodinámicos 1

Los científicos a lo largo de los siglos han ido analizando, definiendo y teorizando sobre los fenómenos que observan a su alrededor. Tras muchas luchas, errores y aciertos, han sido capaces de definir la mayoría de estos con leyes y teoremas. A reproducirlos con experimentos. Y han llegado incluso a predecir su comportamiento.

Unas de las leyes más completas que definen el Universo que nos rodea son la Leyes de la Termodinámica. Esta es la rama de la física que estudia las propiedades de los elementos y como las energías se relacionan entre sí y con la materia.

Si definimos un conjunto de materia, fuerzas y/o energías como un sistema físico, podemos decir que los cambios producidos en dicho sistema siguiendo las Leyes de la Termodinámica, se denominan procesos termodinámicos.

Los procesos termodinámicos son, por tanto, alteraciones en alguna de las variables que caracterizan un sistema termodináico. En un sistema físico dichas variables se definen como temperatura, presión, volumen y calor, que representa la variación de la energía calórica.

Clasificamos los procesos termodinámicos fijando una de las variables características a un valor constante y alterando el resto de las variables relacionadas. Temperatura, presión y volumen está estrechamente relacionadas. La Ley de los gases ideales se define como PV=nRT siendo R una constante característica del gas y n el número de moles.

De forma similar podemos definir tres leyes que establecen relaciones entre las variables, Estas son:

• Ley de Boyle: La presión y el volumen son inversamente proporcionales. PV=cte
• Ley de Charles: El volumen y la temperatura son directamente proporcionales. V/T=cte
• Ley de Gay-Lussac: La presión y la temperatura son directamente proporcionales. P/T = cte

Por lo tanto, podemos analizar los cambios de las variables termodinámicas manteniendo una de ellas constante de forma que se establezca una variación cuantificable y analizable. Las variables constantes definen, por tanto, los procesos termodinámicos en cuatro tipos.

• Procesos isobáricos: La presión se mantiene constante mientras varían volumen y temperatura. ΔP = 0
• Procesos isotermos: La temperatura se mantiene constante mientras varían presión y volumen. ΔT = 0
• Procesos isocóricos: Presión y temperatura varían en un volumen constante. También puede llamarse isométrico o isovolumétrico. ΔV = 0
• Procesos adiabáticos: En estos procesos se producen cambios de volumen y presión sin transferir ni absorber energía del exterior. ΔQ = 0

Las mediciones de las variaciones de estos procesos termodinámicos se suele representar en ejes cartesianos, siendo estos las variables de cada proceso. Estas representaciones presentan la particularidad de que la variable constante se puede pintar como líneas continuas para valores cuantificados. Esas líneas se denominan isobaras, isocoras o istermicas según corresponda.

Por ejemplo, si se analizan las variables termodinámicas de un gas en un tubo que podemos comprimir con un émbolo, el resultado a temperatura constante quedaría representado como:

Estos procesos termodinámicos suelen aplicarse a los gases, pero también representan otros fenómenos como la combustión interna de un motor o una estrella. Son herramientas muy útiles para caracterizar diferentes procesos físicos terrestres y extraplanetarios. Además de que nos permiten clasificar elementos y manejarlos para conseguir que un tren se mueva o que la comida se cueza de forma más rápida.

Referencias:

• Física. Tipler Mosca.
• Física. M. Alonso y E. J. Finn.
• Introducción a la Termodinámica. C. Fernandez Pineda y S. Velasco Maillo.