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Juan villegas

¿QUÉ SE ENTIENDE POR IRREVERSIBILIDAD?

A los estudiantes de Ciencias, bien Físicas o Químicas, se nos introduce el concepto de irreversibilidad y reversibilidad muy pronto. Al principio todos parecemos entenderlos pero en cuanto pretendemos ir un poquito más al fondo nos sumergimos en la confusión y el desconcierto. Desconcierto porque en el mundo microscópico no existe tal distinción; y confusión al no saber muy bien cómo relacionar estos conceptos con la entropía.Este problema, ya a principios de siglo lo expresó Duhem refiriéndose a la reversibilidad y a la irreversibilidad como "uno de los más delicados principios de la termodinámica".Nosotros vamos a seguir el siguiente plan para no liarnos. Definiremos ahora mismo el concepto de reversibilidad e irreversibilidad a escala macroscópica y desarrollaremos una serie de cuestiones bajo esta definición. Así hablaremos de los procesos irreversibles que encontramos en la Naturaleza, estudiaremos la segunda ley en los procesos irreversibles, nos introduciremos en el complejo formalismo que trata estos procesos, citaremos procesos irreversibles acoplados concretos

¿POR QUÉ ESTUDIAR TERMODINÁMICA IRREVERSIBLE?

La respuesta no podría ser más sencilla y concluyente: la mayor parte de los procesos fisicoquímicos habituales son procesos irreversibles.En realidad, esta afirmación es una consecuencia de nuestro bien amado segundo principio de termodinámica.Elestudio de los fenómenos irreversibles ha formado siempre parte integrante de la Termodinámica. Ya en 1854 Thomson(Lord Kelvin)discutió los fenómenos termoeléctricos, incluidos hoy entre los estudiados propiamente con los métodos de la termodinámica de los fenómenos irreversibles. Pero, a pesar de que en 1931, Onsager formuló su teorema, fundamental en la aproximación lineal de las transformaciones irreversibles, laTermodinámica irreversible suscitó un interés limitado. Sin embargo, últimamente ha emergido y científicos de muy diversas disciplinas, como físicos, biólogos, ingenieros, matemáticos, son hoy los forjadores del desarrollo actual de esta área tan interesante. Incluso economistas, sociólogos meteorólogos han encontrado modelos de trabajo en los ya estudiado por la Termodinámica.

LOS PROCESOS NATURALES

Es sabido por todos que un sistema en equilibrio termodinámico ha de estar en:equilibrio mecánico, si no existen fuerzas desequilibradas actuando sobre parte o todo el sistema;

equilibrio térmico, cuando no hay diferencias de temperatura entre partes del sistema o entre el sistema y su entorno; y el entorno.

equilibrio químico, si no tiene lugar ninguna reacción química dentro del sistema ni existe movimiento de componente alguno de una parte del sistema a otra

Si modificamos alguna variable tal que alejamos el sistema del equilibrio, éste evolucionará hasta alcanzar de nuevo una situación de equilibrio. Veamos esta evolución cuando son procesos irreversibles:

Irreversibilidad mecánica externa isotérmicaHay un gran número de procesos que suponen la transformación isotérmica de trabajo mediante un sistema (que permanece invariable) en energía interna de una fuente

En esta figura 1, se esquematiza este tipo de procesos

dado que esto viola la segunda ley de la Termodinámica (enunciado de Kelvin-Plank) y es imposible, estos procesos son irreversibles.Ejemplos de estos procesos son:Agitacion irregular de un líquido viscoso en contacto con una fuente.Detención de la rotación o vibración de un líquido en contacto con una fuente.Deformación inelástica de un sólido en contacto con una fuente.Paso de corriente eléctrica por una resistencia en contacto con una fuente.Histéresis magnética de un material en contacto con una fuente.Como ejemplo ilustrativo, basta imaginarse que estamos frotando dos piedras bajo el mar.Irreversibilidad mecánica exteraadiabáticaOtro tipo de procesos que presentan irreversibilida mecánica externa son estos, en los que se transforma trabajo en energía interna de un sistema adiabáticamente.Lo esquematizamos en la figura 2

Irreversibilidad mecánica internaLos procesos en los que primero se transforma energía interna de un sistema en energía mecánica, y después en energía interna nuevamente, decimos que presentan irreversibilidad mecánica interna.Ejemplos de esto son:Expansión libre (contra el vacio) de un gas ideal.Gas atravesando un tabique poroso.Chasquido de un alambre tenso después de cortarlo.Desvanecimiento de una película de jabón después de

pincharla.

SEGUNDO PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA PARA PROCESOS IRREVERSIBLES Para ello imaginemos dos estados de equilibrio de un

sistema, 1 y 2. De uno a otro podemos pasar por un proceso reveresible, en el que en cada instante estamos en una situación de equilibrio y podemos representarlo en un diagrama de dos variables Termodinámicas; o irreversible, el cual se representa en la figura 3 por lineas quebradas significando que tal proceso no puede ser representado por ningún diagrama.