Me surge una duda sobre los procesos irreversibles isocóricos .
Pregunta: ¿Es siempre cierto que, para cualquier proceso isocórico, reversible o no, el trabajo intercambiado por el sistema es cero y el calor intercambiado es ?
Pregunto esto porque, en un ejercicio sobre transformaciones termodinámicas de un gas, se debía considerar una "transformación irreversible isocórica en la que el tanque que contiene el gas está aislado térmicamente y se trabaja sobre el gas con un ventilador de energía térmica despreciable". capacidad, el gas va desde a ".
Ahora si el tanque está aislado debiera ser pero eso no puede ser, ya que el gas cambia de temperatura y el proceso es isocórico. Además se dice que se trabaja sobre el sistema, pero el proceso es isocórico, ¿cómo puede ser eso?
No se especifica nada más sobre la transformación, por lo que, en mi opinión, puede ser un caso en el que no importe en absoluto cómo se realiza el proceso, siempre que el proceso es isocórico y el trabajo total realizado sobre el gas será cero (tal vez algo positivo y algo negativo), pero aún no veo cómo el gas puede intercambiar calor en este caso.
Entonces, ¿tengo que preocuparme por eso o, en cualquier transformación isocórica, puedo estar seguro de que y ?
El trabajo PV no es el único tipo de trabajo que se puede realizar en los contenidos de su sistema. En el caso de su ejemplo de ventilador, el ventilador está haciendo trabajo sobre el gas dentro del recipiente ejerciendo fuerza sobre él a través de un desplazamiento (de la hoja del ventilador). La energía cinética impartida al gas por el ventilador se convierte luego en energía interna por disipación viscosa (un efecto amortiguador). Entonces, el efecto neto es que el trabajo realizado por el ventilador aumenta la energía interna del gas.
En el famoso experimento de Joule, hizo funcionar una rueda de paletas dentro de un recipiente aislado con agua, uniendo la rueda de paletas a un arreglo de cuerda y polea, impulsada por un peso descendente. El cambio en la energía potencial del peso fue igual al trabajo que la rueda de paletas hizo sobre el agua (y el cambio en la energía interna del agua). Midió el aumento de la temperatura del agua como resultado de la disipación viscosa de la energía mecánica. Al hacer esto, pudo establecer la equivalencia entre el trabajo realizado en Nm (Joules) y el cambio de energía interna del agua. Y así pudo determinar la relación entre el cambio de energía interna y el aumento de temperatura.
La mayoría de los libros de texto asumen implícitamente que no se puede hacer ningún trabajo si no cambia el volumen. De alguna manera, significan que la única interacción macroscópica posible con el sistema (un gas) se realiza moviendo el pistón.
No se especifica nada más sobre la transformación, por lo que, en mi opinión, puede ser un caso en el que no importe en absoluto cómo se realiza el proceso, siempre que Vfinal = Vinitial, el proceso sea isocórico y el trabajo total realizado en el gas será cero. (tal vez algo positivo y algo negativo), pero aún no veo cómo el gas puede intercambiar calor en este caso.
Cuidado, esto es falso sin embargo. Se puede hacer algo de trabajo cuando el volumen se cambia de forma no reversible. Ejemplo :
Esta transformación produce trabajo aunque comience y termine en el mismo volumen. Un verdadero proceso isocórico necesita mantener el volumen constante en todo momento.
Descargo de responsabilidad: solo soy un estudiante; ¡tome la siguiente respuesta con una pizca de sal y corríjame si me equivoco! Creo que la confusión aquí se debe a que las definiciones de cada término no son claras y bien definidas.
Definición de un proceso adiabático :
Un proceso adiabático es aquel en el que la transferencia de energía (es decir, un cambio en la energía interna U) hacia o desde el sistema se realiza solo a través de una forma restringida de trabajo que puede expresarse como PdV, EdP (E es campo eléctrico, P es momento dipolar, y EdP es el trabajo eléctrico ), etc. La forma de la expresión es
(una variable de estado de tipo fuerza intensiva macroscópica del sistema) x diferencial de (una variable de estado de tipo desplazamiento extensiva macroscópicamente medible del sistema);
este producto tiene la dimensión de energía y es posible ver que estos términos son simplemente la suma del trabajo mecánico o eléctrico realizado en cada partícula del sistema macroscópico debido a fuerzas mecánicas o eléctricas.
O más simplemente, un proceso adiabático es cualquier proceso en el que no hay cambio en la entropía S. Por lo tanto .
Un proceso adiabático NO se define como cualquier proceso que se lleva a cabo sin el sistema rodeado por una pared "adiabática" (aislado térmicamente).
Cualquier proceso de transferencia de energía que no se pueda expresar como,
(una variable de estado de tipo fuerza intensiva macroscópica del sistema) x diferencial de (una variable de estado de tipo desplazamiento extensiva macroscópicamente medible del sistema)
implicará un cambio en la entropía y, por lo tanto, puede denominarse más correctamente como "transferencia de calor" ( ) en lugar de "trabajo realizado".
En la pregunta se dice que "se trabaja sobre el gas con un ventilador". Este trabajo no puede expresarse como (una variable de estado macroscópica intensiva similar a una fuerza del sistema) x diferencial de (una variable de estado macroscópicamente medible similar a un desplazamiento del sistema). El uso de un ventilador para cambiar la energía interna implica un cambio en la entropía del sistema, por lo que se denomina más correctamente una forma de "transferencia de calor" que "trabajo realizado". Aunque el sistema está rodeado por una pared "adiabática" (térmicamente aislada), este no es un proceso adiabático.
Referencia :
Herbert Callen, Introducción a la termodinámica y termostática. Capítulo 1.
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