TERMODINÁMICA

1 LEY Y LOS PROCESOS ADIABÁTICOS

ELABORÓ MSc. EFRÉN GIRALDO TORO

REVISÓ PhD. CARLOS A. ACEVEDO

CONTENIDO

Proceso Adiabático Expansivo

Proceso Adiabático Compresivo

En un proceso adiabático no entra ni sale calor del

sistema (propio de sistemas aislados), por tanto:

𝑄 = 0

∆𝑈 = 𝑄 −𝑊

∆𝑈 = 0 −𝑊

∆𝑈 = −𝑊

Proceso adiabático

(1)

(2)

(3)

(4)

Lo anterior explica que en los procesos adiabáticos,

todos los cambios en la energía interna se deben solo al

trabajo realizado.

El trabajo expansivo hecho por el sistema extrae

energía interna por tanto disminuye su energía interna

y su temperatura.

Al disminuir temperatura, se produce un

enfriamiento.

Esto, conjuntamente con el calor extraído durante

una transformación de líquido a gas, son las bases

fundamentales de la refrigeración.

Un proceso adiabático expansivo produce enfriamiento

Al decrecer la energía interna la temperatura T

también lo hace. Por tal razón el proceso adiabático

no es isotérmico. La temperatura no permanece

constante.

Un proceso adiabático no es isotérmico

Un proceso adiabático ocurre cuando se aísla

suficientemente un sistema con un material aislante

apropiado.

También se considera un proceso adiabático si se hace

con tal rapidez que no permita pérdidas apreciables de

calor, aunque las fronteras o paredes no estén aisladas.

En general se asocia un cambio de temperatura a un

entrada o salida de calor de un sistema.

No obstante, según las leyes de los gases la Temperatura

se puede variar, variando la Presión y el Volumen.

𝑇 =𝑃𝑉

𝑛𝑅

Esta es la basa el proceso adiabático.

(5)

En un proceso adiabático magnitudes tales como la

presión y el volumen se modifican sin que haya una

intervención de calor desde o hacia los alrededores.

Los cambios adiabáticos de la T se deben a cambios de

presión y volumen y no de calor.

El proceso adiabático puede ser:

1. Adiabático de expansión

2. Adiabático de compresión

Una expansión volumétrica ocurre cuando un

émbolo es levantado por un gas. Se produce un

aumento de volumen.

Si se aíslan las paredes y el pistón sube muy rápido,

el proceso se aproxima a un proceso adiabático.

http://ce.azc.uam.mx/profesores/navarrete/termo/primera/primerateoria.htm

Figura 1. Proceso adiabático de expansión.

aislante

Proceso adiabático expansivo

Figura 2. Durante un proceso adiabático de expansión en un sistema cerrado, el

trabajo W realizado, tiene que ser a expensas de la propia energía interna U del

sistema, porque no hay entrada ni salida de calor. El proceso se da entre dos

isotermas: se pasa de una de mayor temperatura a una de menor, lo cual produce un

enfriamiento.

http://es.wikipedia.org/wiki/Proceso_adiab%C3%A1tico

E1

E2

T1T2

P

<

T2 < 𝑇1

Figura 2. Simulación de un proceso adiabático. La presión

disminuye y el volumen aumenta.

http://acer.forestales.upm.es/basicas/udfisica/asignaturas/fisica/termo1p/primerpadiab.html

La relación entre la presión y el volumen viene dado

por:

Un ejemplo corriente es la salida de un gas o un aerosol

por una boquilla estrecha, con la consiguiente

disminución de T dela gas en el interior del contenedor

Inicialmente el gas está comprimido en la caneca, al

salir al exterior sufre una gran expansión súbita que se

puede considerar adiabática por lo rápida (no recibe ni

da calor).

Figura 3. Como no hay transferencia de calor desde los

alrededores para producir la expansión, esta solo se puede hacer

si se toma energía del propio gas, lo cual produce una

disminución de la T.

http://brayanyarcesantateresa.blogspot.com/2012/09/proyecto-de-investigacion-aerosoles.html

………...que frío!

Proceso adiabático compresivo produce

calentamiento

Figura 4. Un proceso adiabático compresivo desde un estado E1 a un

estado E2, pasa desde una isoterma de menor temperatura a una de

mayor: se produce un calentamiento.

http://es.wikipedia.org/wiki/Proceso_adiab%C3%A1tico

E2

E1

Calentamiento adiabático

Es este caso se produce el efecto contrario al de

expansión.

Cuando la presión se aumenta rápidamente en un

cilindro con pistón se produce un calentamiento. Si un

gas se comprime rápidamente, aumenta su temperatura.

Por ejemplo cuando se infla la llanta de una bicicleta o

de un carro rápidamente.

En todo proceso adiabático se cumple que la relación

entre la presión y el volumen viene dada por:

𝑃𝑉𝛾 = 𝑘 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒

Donde

𝛾= 𝐶𝑝

𝐶𝑣

𝛾 es llamado el coeficiente adiabático.

(6)

(7)

𝑃𝑉𝛾 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒

𝑃𝐴𝑉𝐴𝛾=𝑃𝐵𝑉𝑏

𝛾

𝑃𝐴1−𝛾

𝑇𝐴𝛾=𝑃𝐵

1−𝛾𝑇𝑏𝛾

𝑇𝐴𝛾𝑉𝐴𝛾−1

=𝑇𝐵𝛾𝑉𝐵1−𝛾

𝑊=𝑃𝐵𝑉𝐵−𝑃𝐴𝑉𝐵

(1−𝛾)

∆𝑈 = 𝑄 −𝑊∆𝑈 = −𝑊

𝑄 = -∆𝑈

(8)

(9)

(10)

(11)

(12)

(13)

(14)

(15)

Esta relación es de γ = 1,66 para un gas monoatómico

ideal y de γ = 1,4 para el aire, el cual es

predominantemente un gas diatómico.

.

Figura 5. Otra aplicación interesante de un proceso adiabático

expansivo son los extintores de polvo seco.

http://www.paritarios.cl/especial_polvo_extintor.htm

Un proceso adiabático es aquel en que el sistema no

pierde ni gana calor. La primera ley de

Termodinámica con Q=0 muestra que todos los

cambios en la energía interna están en forma de trabajo

realizado. Esto lleva a la condición adiabática mostrada

abajo. Esta condición se puede usar para derivar

expresiones del trabajo realizado durante un proceso

adiabático.

Condición adiabática:P

VTomado y modificado de: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/thermo/adiab.html

Un proceso adiabático es aquel en que el sistema

no pierde ni gana calor. La primera ley de

Termodinámica con Q=0 muestra que todos los

cambios en la energía interna están en forma de

trabajo realizado. Esto lleva a la condición

adiabática mostrada abajo. Esta condición se

puede usar para derivar expresiones del trabajo

realizado durante un proceso adiabático.

La relación entre los calores específicos γ = CP/CV, es

un factor en la determinación de la velocidad del

sonido en un gas y en otros procesos adiabáticos, así

como esta aplicación a los motores térmicos. Esta

relación es de γ = 1,66 para un gas monoatómico ideal

y de γ = 1,4 para el aire, el cual es predominantemente

un gas diatómico.

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/thermo/adiab.html

En climatización los procesos de humectación (aporte de

vapor de agua) son adiabáticos porque no hay transferencia de

calor, a pesar que se consiga variar la temperatura del aire y su

humedad relativa.

El proceso de humectación del aire es adiabático

porque no ocurre transferencia de calor.

HyperPhysics. M Olmo, R Nave. Consulta on line 1

XII.2014 de:http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/thermo/firlaw.html

http://acer.forestales.upm.es/basicas/udfisica/asignaturas/fisica/termo1p/primerpadiab.html

http://laplace.us.es/wiki/index.php/M%C3%A1quinas_t%C3%A9rmicas_(GIE)

http://webdelprofesor.ula.ve/ciencias/aguirre/ciclos%20I.pdf

Para problemas:

http://laplace.us.es/wiki/index.php/Calentamiento_de_un_gas_a_volumen_y_a_presi%C3%B3n_constante

Interesante:http://personalpages.to.infn.it/~crescio/grp3/fisica2/Clase11noviembreFis2.pdf