Transformaciones termodinámicas

[Publio]

Gracias JCB. Queda meridianamente claro.

[JCB]

Gracias JCB. Lo que apuntas es lo que yo intentaba decir en mi último comentario, quizás de una manera más atropellada. Pero sigo sin aclarar mi duda: ¿Si la presión disminuye, qué es lo que hace que el émbolo se desplace?

Hola a tod@s.

Supongamos que en el entorno (a la presión atmosférica), tenemos un recipiente de volumen variable gracias a un émbolo sin rozamiento y con perfecta estanqueidad. Inicialmente, el émbolo está inmovilizado por un pasador. Dentro del recipiente tenemos un gas a una presión superior a la atmosférica (por ejemplo 6 veces la presión atmosférica). Como el émbolo está bloqueado, y hay estanqueidad, el gas permanecerá indefinidamente dentro del recipiente a la misma presión inicial.

Cuando liberamos el pasador que sujeta al émbolo, la fuerza en la pared interior del émbolo es superior a la fuerza en la pared exterior del émbolo. En consecuencia, el émbolo liberado inicia su recorrido hasta que se iguala la presión interna con la externa.

Saludos cordiales,
JCB.

[Publio]

Gracias Richard, creo que al final Ya lo he cogido.

[Publio]

Efectivamente Delmar7, me refería a la isoterma, perdona por no haberlo explicitado. Creo que ahora ya lo he comprendido, porque el aumento del volumen no solo se puede lograr con una subida de la presión interior, sino también con una disminución de la exterior, que es el caso. Muchas gracias.

[delmar7]

Gracias JCB. Lo que apuntas es lo que yo intentaba decir en mi último comentario, quizás de una manera más atropellada. Pero sigo sin aclarar mi duda: ¿Si la presión disminuye, qué es lo que hace que el émbolo se desplace?

Entiendo te refieres a la expansión isotérmica, es que antes que la presión del gas disminuya , hay un estado de equilibrio no solamente en el gas, en el émbolo también, esta en reposo, tiene aceleración nula, esto implica, que la fuerza que ejerce el gas sobre el émbolo, es anulada , por la fuerza que por algún medio externo se ejerce al émbolo (podría ser la mano de un hombre), es decir el émbolo esta sometido a dos fuerzas una la que le ejerce el gas y otra la que le ejerce la mano y ambas se anulan, si esto continua así, pues no sucede nada; para que algo cambie, la fuerza que ejerce la mano disminuye un poquito y lentamente, entonces el émbolo sufre una aceleración, se desplaza, y aumenta el volumen del gas y disminuye la presión del gas, el primer principio implicaría que la energía interna del gas y por ende su temperatura disminuyeran un poquito, en consecuencia se ha de dar una pequeña cantidad de calor equivalente al trabajo realizado por el gas para que la expansión sea isotérmica y así sucesivamente se va expandiendo

Saludos

[Richard R Richard]

Para desplazar el pistón Ya te lo he dicho varias veces durante el hilo, tienes que hacer fuerza por algún medio y desplazar el pistón adrede. El trabajo mecánico provocado por esa fuerza es la energía que se incorpora en el sistema.

[Publio]

Gracias JCB. Lo que apuntas es lo que yo intentaba decir en mi último comentario, quizás de una manera más atropellada. Pero sigo sin aclarar mi duda: ¿Si la presión disminuye, qué es lo que hace que el émbolo se desplace?

[JCB]

Hola a tod@s.

Según el criterio de signos IUPAC (https://es.wikipedia.org/wiki/Criter...odin%C3%A1mico) es positivo el trabajo y el calor que entran en el sistema, provocando un aumento de la energía interna del sistema. Entonces, el primer principio puede expresarse

$\Delta U=Q+W$

Para un proceso isotérmico, $W=-Q$.

En una expansión isotérmica el trabajo del sistema es negativo, pues el sistema realiza trabajo sobre el entorno. Como $W$ es negativo, $Q$ necesariamente es positivo, es decir, se debe entregar calor al sistema.

En una compresión isotérmica el trabajo del sistema es positivo, pues el entorno realiza trabajo sobre el sistema. Como $W$ es positivo, $Q$ necesariamente es negativo, es decir, el sistema entrega calor al entorno.

Saludos cordiales,
JCB.

[Publio]

Pero, si estamos en un proceso isotérmico, ¿no es $\Delta U= 0$ ? Y si es así, aplicando la primera ley, saldría, como tú dices, un trabajo negativo del gas:

$\dst \Delta U=0= Q+W_{sobre\; el\; sistema}\Rightarrow Q= -W_{sobre\; el\; sistema}=-\left [ -nRTln\left ( \frac{V_{f}}{V_{i}} \right ) \right ]$

[Richard R Richard]

Si piensas que el trabajo lo hace el gas,es en contra de la diferencia presión en el émbolo, por lo que en vez de hacer trabajo lo recibe, resultado gana energía.
Es más fácil verlo pensando que el medio realiza trabajo sobre el sistema y le hace ganar energía.

[Publio]

Richard, gracias por vuestra paciencia. Creo que veo la luz al final del túnel con lo que apuntas. ¿Debo entender, entonces, que el trabajo realizado para elevar el pistón lo realiza el entorno y no el gas?

[Richard R Richard]

Gracias Delmar7. Siento seguir dándole vueltas al asunto. Entiendo el razonamiento a nivel marcrosópico: si el volumen aumenta, la presión es menor porque la misma cantidad de gas se reparte en mayor superficie. Pero a nivel molecular me pregunto qué es lo que causa ese aumento de volumen mantenido en el tiempo, y no encuentro otra causa que el aumento de choques de las moléculas contra la superficie del émbolo, lo que me lleva a pensar en un aumento de la presión para justificar ese empuje sobre el émbolo. Y no salgo de ese círculo vicioso.

Lo que sigues sin ver es que partiendo de un estado de equilibrio, para lograr expandir isotermicamente, tu debes tirar con fuerza del pistón aumentando el volumen del cilindro hasta el volumen final mayor que el inicial y mantenerlo en el tiempo, como las moléculas permanecen a la misma temperatura dada la definición del proceso, su velocidad y energía cinética permanecen constantes, pero como ahora hay más espacio tardan más tiempo en chocar con las paredes.
Reducir el número de choques en el tiempo es lo mismo que decir baje la presion.
Recuerdas la ley de Boyle y Mariotte https://es.m.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Boyle-Mariotte

$PV=Cte$

$P_iV_i=P_fV_f$

Debes mantener la fuerza en el tiempo ya que dentro hay menos presión que la atmosférica inicial

$P\downdownarrows=\dfrac{P_{atm}V_{ini}}{V_f\upuparrows}$

[Publio]

Gracias Delmar7. Siento seguir dándole vueltas al asunto. Entiendo el razonamiento a nivel marcrosópico: si el volumen aumenta, la presión es menor porque la misma cantidad de gas se reparte en mayor superficie. Pero a nivel molecular me pregunto qué es lo que causa ese aumento de volumen mantenido en el tiempo, y no encuentro otra causa que el aumento de choques de las moléculas contra la superficie del émbolo, lo que me lleva a pensar en un aumento de la presión para justificar ese empuje sobre el émbolo. Y no salgo de ese círculo vicioso.

[delmar7]

Perdona Richard, ahora no entiendo muy bien lo que me quieres decir, debo estar un poco espeso. ¿Si hay más energía, por qué hay menos presión?

Te respondo a esta interrogante, hay menos presión por que el gas ocupa más volumen, la energía cinética de las moléculas se mantiene constante por que la temperatura no varía; pero su energía potencial aumenta, por que la distancia media entre ellas ha aumentado (aumento de volumen) en consecuencia, la energía total de las moléculas es mayor y por ende la energía del sistema; al ser mayor el volumen los impactos de las moléculas contra las paredes del recipiente se hacen menos frecuentes y por ello disminuye la presión

[delmar7]

Muchas gracias Delmar7. ¿Podemos decir, entonces, que el aumento transitorio de la presión del sistema en cada estadío intermedio es compensado por el desplazamiento del émbolo, que la vuelve a equilibrar con la atmosférica?

Exacto

Saludos