Divulgación proceso isotermo

[China]

Buenas, si en estos procesos, la T es constante, como es que existe flujo de calor??, no se supone que este flujo se produce a debido a una diferencia de temperatura??

[China]

Buenas, si en estos procesos, la T es constante, como es que existe flujo de calor??, no se supone que este flujo se produce a debido a una diferencia de temperatura??

Me falta, decir que luego veo la explicación del experimento de Joule dice, que como no ha variado la temperatura, es decir proceso isotérmico Q=0, no lo entiendo bien,..

[oscarmuinhos]

Me falta, decir que luego veo la explicación del experimento de Joule dice, que como no ha variado la temperatura, es decir proceso isotérmico Q=0, no lo entiendo bien,..

Hola China
Un proceso en el que se Q=0, es un proceso adiabático.
En relación al experimento de Joule, sería bien que describieras un poco ese experimento o pusieras el enlace describiendo el experimento que dices, porque, en el experimento utilizado por Joule para obtener el equivalente mecánico del calor (o lo que es lo mismo, el experimento con el que demostró que el calor era, al igual que el trabajo, una forma de intercambiar energía) no es cierto que la temperatura se hubiese mantenido constante. Lo que que observó fue que una misma cantidad de trabajo aplicada a un determinado sistema térmicamente aislado da lugar a una misma elevación de la temperatura del sistema.
A partir de esta igualdad, pudo determinar que entre la unidad entonces utilizada para medir la cantidad de calórico que ganaba un sistema(el calor era considerado entonces un elemento químico), que era la caloría, y la unidad utilizada para medir el trabajo (julio) realizado sobre el sistema era un factor constante, lo que equivalía a realizar un cambio de unidades entre caloría y Julio.

Saludos

[oscarmuinhos]

Hola China

Buenas, si en estos procesos, la T es constante, como es que existe flujo de calor??, no se supone que este flujo se produce a debido a una diferencia de temperatura??

Pues NO.
Por ejemplo, cuando está teniendo lugar un cambio de estado a presión constante. Piensa, por ejemplo, en la fusión del hielo a la presión constante de 1 atm: tenemos que aportar calor para fundir el hielo, sin embargo la temperatura del sistema hielo+agua no subirá de los 0 ºC (se mantiene constante) mientras no se acabe de fundir todo el hielo.

Y piensa también que el incremento de temperatura se puede obtener sin aportar calor, simplemente realizando un trabajo (recuerda el experimento de Joule que planteabas en otro hilo)

Saludos

[China]

Hola China
Un proceso en el que se Q=0, es un proceso adiabático.
En relación al experimento de Joule, sería bien que describieras un poco ese experimento o pusieras el enlace describiendo el experimento que dices, porque, en el experimento utilizado por Joule para obtener el equivalente mecánico del calor (o lo que es lo mismo, el experimento con el que demostró que el calor era, al igual que el trabajo, una forma de intercambiar energía) no es cierto que la temperatura se hubiese mantenido constante. Lo que que observó fue que una misma cantidad de trabajo aplicada a un determinado sistema térmicamente aislado da lugar a una misma elevación de la temperatura del sistema.
A partir de esta igualdad, pudo determinar que entre la unidad entonces utilizada para medir la cantidad de calórico que ganaba un sistema(el calor era considerado entonces un elemento químico), que era la caloría, y la unidad utilizada para medir el trabajo (julio) realizado sobre el sistema era un factor constante, lo que equivalía a realizar un cambio de unidades entre caloría y Julio.

Saludos

Disculpa... me refiero al experimento en el que Joule demuestra que la energía interna en un gas ideal solo depende de la temperatura: Se colocaron dos recipientes conectados por una válvula en un recipiente lleno de agua abadiato, los recipientes uno lleno de gas otro vacío, al abrir la válvula el gas se repartió entre los dos recipientes son realizar trabajo y se observó que la temperatura del baño permanecía constante y por eso T constante dijo que Q=0, sin embargo y de ahí mi pregunta en los procesos isotermos de T constante no se dice que Q=0

[oscarmuinhos]

Hola

... de ahí mi pregunta en los procesos isotermos de T constante no se dice que Q=0

Ya te lo explicaba en un mensaje anterior. Y me parece que estás considerando distintos sistemas en un mismo razonamiento?
Piensa en un sistema agua+hielo a presión constante. Calentamos este sistema pero su temperatura no aumenta mientras no se acabe de fundir todo el hielo. En este caso: Q>0 y T=cte. La temperatura no aumenta porque el calor que aportamos se invierte en fundir el hielo antes que en elevar la temperatura.

Es decir que T=cte no implica que el sistema no intercambie calor con el exterior.

[China]

Si, me queda claro que el hecho de que la temperatura sea constante no implica que no exista flujo de calor, lo que me confunde es que en el experimento que te mencionaba se dice precisamente como temperarira del baño constante trasferencia de calor cero...lo meditaré gracias

[oscarmuinhos]

Si, me queda claro que el hecho de que la temperatura sea constante no implica que no exista flujo de calor, lo que me confunde es que en el experimento que te mencionaba se dice precisamente como temperatura del baño constante trasferencia de calor cero...lo meditaré gracias

Es lo que me parecía. Tu confusión viene de no identificar bien cual es tu sistema.
El sistema que se estudia en este experimento (conocido como de Joule-Thomson, más que como experimento de Joule) es el recipiente de dos compartimentos: uno con gas (a una presión, volumen y temperatura previamente definidos) y otro en el que se ha hecho el vacío. Al romper la pared de separación entre los dos tabiques, el gas se expansiona hasta ocupar el volumen total de los dos compartimentos. En esta evolución, lógicamente, no se ha realizado Trabajo porque la expansión se realiza de forma muy rapida contra una presión exterior nula. Lo que se trata de saber es si en esta expansión del gas tiene lugar algún intercambio de calor y para saber si existe o no tal intercambio de calor y para medirlo (si fuera el caso) se utiliza otro sistema que es el baño de agua. De existir algún intercambio de calor, este baño tendría que haber experimentado un cambio de temperatura, pues:

$Q=m_{H_2O}.c_{H_2O}.\Delta T$

En el experimento no se observó cambio de temperatura alguno en el sistema baño de agua, por lo tanto, el sistema recipiente de gas no ha intercambiado calor alguno.

Conclusiones del experimento:

1) El recipiente de gas no ha intercambiado trabajo, no ha intercambiado calor y por lo tanto NO ha experimentado variación de energía interna: $\Delta U = Q+W =0$
2) En este proceso el gas experimentó un aumento de volumen a temperatura constante, sin embargo la variación de energía interna del gas ha sido nula, lo que implica que la variación de la energía interna del gas no puede depender del volumen.
3) En esta expansión también ha cambiado la presión del gas sin que haya variado la energía interna del gas. Por tanto, la energía interna de dicho gas no puede depender tampoco de la presión;
4) La energía interna del gas dado que no varía, solo podrá depender alguna variable que no haya variado en el experimento, es decir dependerá de la temperatura.

Conclusión última: en un gas ideal la energía interna solo depende de la temperatura.

Espero que la explicación te haya ayudado a salir de la confusión que tenías al no diferenciar adecuadamente cual era tu sistema de estudio

Saludos

[Richard R Richard]

en el experimento que te mencionaba se dice precisamente como temperarira del baño constante trasferencia de calor cero...lo meditaré gracias

Hola China , creo que Oscar te encamina bien con sus argumentos, y lo que estás haciendo es malinterpretar el resultado del experimento de Joule.

El experimento consiste en expandir un recipiente con gas contenido un volumen hasta llenar adicionalmente otro, donde la presión de ese segundo recipiente ha sido reducida al límite mínimo mecánicamente posible, lo que decimos comúnmente vacío. A esos recipientes se los rodea de un fluido en el cual es fácilmente medible cualquier variación mínima temperatura , se registra entonces la temperatura al inicio, y al final del experimento luego de producirse la expansión.
Cual es el resultado del experimento, que a sabiendas no hubo trabajo de expansión, ya que no había presión que sostuviera el émbolo, se observó que la temperatura del baño no cambio es decir que la temperatura inicial y final han sido las mismas, esto es decir la temperatura ha permanecido constante.

Tu pones que las paredes eran adiabáticas, pero en realidad eran todo lo contrario eran diatermanas, es decir permitían el pasaje de calor en todo momento.

Que se concluye que si el fluido no cambio de temperatura, no ha pasado calor del sistema al medio o viceversa.
Entonces si el trabajo realizado es nulo y el calor transmitido es nulo, concluimos la energía interna permaneció constante aún habiendo variado presión y el volumen del sistema, luego entonces puede concluir que la energía interna de los gases "ideales" es función exclusiva de la temperatura.. Sin importar cual es realmente ese valor de temperatura. Luego se han hecho otros experimentos para averiguar cual fue ese valor, de las constantes de proporcionalidad involucradas.

Y por otro lado no es cierto que si permites al sistema evolucionar a temperatura constante, no puedas extraer calor del sistema.
Esto lo puedes ver aquí Proceso Isotérmico

[China]

Hola!! gracias a los dos por vuestro esfuerzo, peor estoy torpe con esto... Si se que el sistema son los dos recipientes de gas y que el agua es el entorno y las paredes adiabatocas no me refería a las del depósitos de gas si no al que contiene gas y fluido... Y lo que sigo sin entender es que en este experimento se de por supuesto que como la temperatura del baño ha sido constante es decir proceso isotermo, el Q=0.... Cuando por otro lado se dice que en los procesos isotermos puede haber flujo de calor... Veo contradicción... Disculpad.. Pero no se que es lo que se me está escapando

[Richard R Richard]

Aver, en el experimento de Joule, el fluido que rodea a los cilindros, también es parte del sistema, lo que rodee a ese fluido lo podemos pensar como aislado, o que las paredes que contienen el fluido son adiabáticas, pero las paredes de los cilindros que contienen el gas si permiten el pasaje de calor.

Entonces cuando se produce la expansión repentina del gas, si algo de calor fluyera desde o hacia el fluido, este debería cambiar su temperatura, pero no lo hace , su temperatura permanece constante, entonces se concluye que no hubo transmisión de calor desde el pistón hacia el fluido, es decir Q ha resultado cero cuando bien podía no haberlo sido y tendríamos otra teoría para explicarlo.
Y así con Q y W nulos como resultado del experimento se concluye que los cambios de presión y volumen en un gas no varían su energía interna y que es función exclusiva de la temperatura y por eso tampoco influye saber cual es la temperatura a la que se hizo el experimento, de seguro se puede calcular con las presiones iniciales o finales, pero es irrelevante, si se varia el número de moles de gas en el interior de primer recipiente , tendremos más presión inicial y final para los mismos volúmenes de recipiente, de acuerdo a la ecuación de los gases ideales.

Por eso fijate que se aisló el fluido respecto del medio ambiante, para hacer que el calor al medio sea nulo o que todo el conjunto sea adiabático, pero no entre los pistones y el fluido, para ver si entre ellos se producía o no una transmisión de calor, el resultado fue que no.. y a consecuencia de ello la temperatura del fluido resultó constante es decir final e inicial iguales. Para nada se pensó la inversa es decir mantener la temperatura constante para ver que pasa dentro del sistema... eso es lo que creo estas entendiendo y resulta que es falso.

[China]

Vale a ver si lo entendí, necesariamente para que haya flujo de calor debe haber una diferencia de temperaturas, pero aplicar calor a un sistema no siempre supone aumentar su temperatura y además podemos modificar la temperatura de un sistema mediante trabajo, sin flujo de calor. Correcto??
Cuando se habla de un proceso isotérmico, quiere decir que la temperatura del sistema es constante, pero hay flujo de calor por que realmente existe diferencia de temperaturas entre el sistema y el entorno no???.
Y en el caso del experimento, si consideramos el conjunto recipientes +agua un sistema aislado, si en el proceso de expansión libre se hubiese producido calor, este hubiese tenido el único efecto de aumentar la temperatura del agua, pues no se puede intercambiar con el entorno, como no ha aumentado esa T se concluye que en la expansión el Q=0.. correcto??

[oscarmuinhos]

Vale a ver si lo entendí, necesariamente para que haya flujo de calor debe haber una diferencia de temperaturas, pero aplicar calor a un sistema no siempre supone aumentar su temperatura y además podemos modificar la temperatura de un sistema mediante trabajo, sin flujo de calor. Correcto??

Se entiende para que haya flujo de calor entre dos sistemas?! Correcto

Cuando se habla de un proceso isotérmico, quiere decir que la temperatura del sistema es constante, pero hay flujo de calor por que realmente existe diferencia de temperaturas entre el sistema y el entorno no???.

Cuando se habla de proceso isotérmico, por definición, efectivamente la temperatura permanece constante, y poco importa como se consigue que ese proceso sea isotérmico.
Pero que sea isotérmico no significa que tenga que haber flujo de calor con el exterior o con otro sistema. Puede que si y puede que no. (Y creo que a todos nos ha pasado esto de creer que al calentar -aportar calor- tiene que aumentar la temperatura y que al enfriar -retirar calor- tiene que disminuir la temperatura. A este respecto es bueno recordar lo que ocurre en los cambios de estado)

En el caso del gas ideal, -que es caso que nos ocupa?- , lo que hay, dado que la variación de energía interna es nula, es transformación de trabajo en calor (calor positivo o negativo, o sea que podemos utilizar trabajo para aportar calor o retirar calor del sistema). Y ten en cuenta también que esto de que la energía interna sea nula en un proceso isotérmico solo es válido para el gas ideal, no para cualquier sistema.

Y en el caso del experimento, si consideramos el conjunto recipientes +agua un sistema aislado, si en el proceso de expansión libre se hubiese producido calor, este hubiese tenido el único efecto de aumentar la temperatura del agua, pues no se puede intercambiar con el entorno, como no ha aumentado esa T se concluye que en la expansión el Q=0.. correcto??

Aquí una primera aclaración respecto al sistema que quieras considerar. La elección del sistema es algo que haces previamente según tu mejor conveniencia: Richard te habló de un sistema único baño de agua+recipiente de gas con dos compartimentos; yo te hablé de considerar dos sistemas: baño de agua por un lado y recipiente de gas con dos compartimentos por otro, porque considero que lo doy explicado mejor
Fíjate bien en las condiciones del experimento:

-sistema recipiente de gas con dos compartimentos: uno vacío y el otro lleno de gas a una presión y temperatura (y volumen) determinados separado por paredes diatérmicas del sistema baño de agua;
-sistema baño de agua y termómetro (para medir la temperatura) rodeando el recipiente de gas y aislado del exterior por paredes adiabáticas (que no permiten el intercambio de calor) pero separado del sistema recipiente de gas por paredes diatérmicas (que permitirán, por tanto, el intercambio de calor entre el baño del agua y el gas encerrado en el recipiente)
-Inicialmente el baño de agua y el gas del recipiente de gas están a la misma temperatura. Lo cual implica que no puede haber intercambio de calor.

Vamos ahora al experimento. Se rompe la pared que separa los dos compartimentos de gas y este experimenta, pues, una expansión. En esta expansión el trabajo realizado por el gas es nulo (a pesar de realizar una expansión) pues se trata de una expansión rápida contra una presión nula (la del recipiente vacío).
La pregunta es si en esta expansión el gas se habrá enfríado o no a costa de su energía interna (no a costa del sistema baño de agua, pues al estar a una misma temperatura que el gas no puede haber intercambio de calor al no haber gradiente de temperatura. ¿Has entendido esto?) Si parte de la energía interna del gas se hubiese convertido en calor, la temperatura del gas habría aumentado ($\delta Q = n.C_P.dT$) y si esta temperatura del gas hubiese aumentado tendría que haber intercambio de calor (a través de las paredes diatérmicas) con el sistema baño de agua que habría quedado a una temperatura inferior (su temperatura inicial).(Recuerda aquí también que el baño de agua solo puede recibir calor del gas pues está adiabaticamente aislado del exterior). El razonamiento sería el mismo si el gas se hubiera enfriado por la expansión.

Y se acaba el experimento: como el termómetro del baño de agua no detectó ninguna variación de temperatura, el gas tampoco experimentó variación de temperatura, y si el gas no experimentó variación de temperatura es que no hubo conversión de energía interna en calor (o de calor en energía interna), es decir la energía interna del gas permaneció constante a pesar de que el sistema gas haber evolucionado desde una presión y un volumen iniciales a otras condiciones de presión y volumen distintos. Por lo tanto, se comprueba que la energía interna de un gas no puede depender ni de la presión ni del volumen y solo puede depender de la Temperatura porque está es la magnitud que no experimentó variación alguna durante este proceso

¿Has entendido algo o te lo he liado todavía más?

Un saludo

(y para ir aprendiendo a escribir ecuaciones en la entrada del foro hay un primer hilo de Pod con ejemplos de como se escriben algunas ecuaciones. Y, además, pinchando en cualquier ecuación dos veces puedes ver como está escrita e incluso copiarla y reciclarla. Así tuve que empezar yo cuando en esta versión desaparecieron los comandos de Latex de este editor)

[Richard R Richard]

Todo correcto..., pero aclaremos un poco el segundo párrafo.
Un proceso isotermo, es aquel en que fuerzas al sistema a que su temperatura permanezca constante durante la evolución.
Ejemplo, un cilindro, con gas a temperatura T cuyas paredes sean diatermas, lo sometes a un trabajo de expansión, o mejor dicho pretendes que realice un trabajo de expansión sobre el medio.
Si el proceso ocurriera libremente, el gas en el interior se enfriaría. Pero en un proceso isotermo, ante la mas mínima variación de temperatura en el sistema, obligas al sistema mediante aporte de calor a mantenerla temperatura y será el medio quien le aporte el calor necesario para que la temperatura permanezca constante.
Luego como la energía interna que es función exclusiva de la temperatura, permanece constante, es decir su variación es nula, puedes concluir que todo el calor que aporta el medio es igual al trabajo obtenido del sistema.

[China]

Creo que ya está. ...revisaré todo. Muchas gracias