Temario › Unidad 3
Primera Ley · Cát. 6–8

Cátedra 7: Procesos Termodinámicos

Clasificación de los procesos según qué variable se mantiene constante, cálculo del trabajo como área bajo la curva P-V, y condiciones para la reversibilidad.

📋 Temas que cubre

  • Proceso cuasi-estático: definición y condiciones (sin histéresis, sin fricción)
  • Proceso reversible vs. irreversible
  • Isotérmico (T=cte): hipérbola en diagrama P-V
  • Adiabático (δ̄Q=0): sin flujo de calor, pared adiabática
  • Isocórico (V=cte): sin trabajo, todo el calor va a ΔU
  • Isobárico (P=cte): el más fácil de integrar en laboratorio
  • Trabajo como área bajo la curva P-V
  • Trabajo en proceso isotérmico del gas ideal: W=−NkBTln(Vf/Vi)

💡 Conceptos clave

Proceso cuasi-estático

Se realiza infinitamente despacio, de modo que en cada instante el sistema está en equilibrio y las variables macroscópicas (P, T, V) están bien definidas. Permite usar la ecuación de estado en todo momento. Es una idealización: en la práctica se aproxima haciendo el proceso muy lento.

Proceso reversible

Un proceso cuasi-estático y sin fricción (sin memoria). Puede invertirse exactamente: el sistema y el entorno quedan en su estado original. Los procesos reales siempre son irreversibles debido a la fricción y a las inhomogeneidades.

Proceso adiabático

No hay intercambio de calor con el entorno (δ̄Q=0). Se puede lograr con paredes perfectamente aislantes, o haciéndolo tan rápido que el calor no tiene tiempo de fluir. En procesos adiabáticos, todo el trabajo va a energía interna.

Diagrama P-V

Representación del proceso en el plano presión-volumen. El trabajo realizado por el gas en un proceso cuasi-estático es el área bajo la curva (con signo). Un ciclo completo en el diagrama P-V encierra un área que representa el trabajo neto.

📐 Fórmulas fundamentales

Trabajo en proceso cuasi-estático
W>0 si el volumen disminuye (trabajo sobre el gas) · W<0 si el volumen aumenta (el gas trabaja sobre el entorno).
Proceso isotérmico — gas ideal
La curva P=NkBT/V es una hipérbola en el diagrama P-V. Como ΔU=0 (gas ideal), el calor absorbido iguala el trabajo realizado por el gas: Q=−W.
Proceso isocórico (V=cte)
Sin cambio de volumen, no hay trabajo mecánico. Todo el calor absorbido va directamente a la energía interna.
Proceso isobárico (P=cte)
La presión constante es la condición natural cuando el sistema está expuesto a la atmósfera.

🎯 Qué hay que entender

✦ Cómo resolver problemas de procesos
  • Identifica qué variable se mantiene constante: eso define el tipo de proceso y simplifica la integral del trabajo.
  • El diagrama P-V es tu mejor amigo: dibuja el proceso, identifica el área que representa el trabajo, y verifica el signo.
  • Para procesos reversibles: el trabajo es único y mínimo (compresión) o máximo (expansión) entre todos los posibles caminos.
  • Para el gas ideal isotérmico: ΔU=0, así que Q=−W. Nunca olvides verificar que la ecuación PV=NkBT se satisface con T constante.
  • El proceso adiabático se aborda en el próxima cátedra, donde aparece el exponente γ=CP/CV.

🧠 Quiz de repaso

1. En un proceso isocórico (V=cte), ¿cómo queda la Primera Ley?
2. En el diagrama P-V, ¿qué representa el área bajo la curva de un proceso cuasi-estático?
3. En un proceso isotérmico del gas ideal, el trabajo sobre el gas es W=NkBTln(Vi/Vf). Si el gas se expande (Vf>Vi), ¿cuál es el signo de W y qué significa?
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