TIPOS DE PROCESOS Y SISTEMAS

Cambio en las propiedades de un sistema

Cuando un sistema cambia de un estado a otro, necesariamente alguna(s) de la(s) propiedad(es) del sistema ha(n) sufrido algún cambio. Se denomina proceso al cambio de alguna de las propiedades del sistema.

Para que un proceso tenga lugar, es necesario que algo atraviese la frontera del sistema, ya sea calor, trabajo, materia o una combinación de ellos. Como consecuencia de este pasaje, las propiedades del sistema cambiarán.

Proceso 

Un sistema experimenta un proceso, cuando se verifica un cambio de estado. Un cambio de estado, puede conseguirse por distintas formas de evolución de procesos.

·         Proceso cíclico El estado final coincide con el inicial.

·         Proceso cuasi estático. Todos los estados intermedios del proceso son estados de equilibrio.

·      Proceso no estático. Cuando no cumple las condiciones anteriores. Son los procesos de igualación.

Un proceso puede realizarse en forma reversible o irreversible. La diferencia entre ambos es que un proceso reversible se lleva a cabo a través de una sucesión de equilibrios, cada uno de los cuales difiere del anterior en un cambio infinitesimal de una variable de estado.

Por su parte, un proceso irreversible se lleva a cabo produciendo un cambio finito de una de las variables de estado, de manera que el valor de las otras variables no puede ser especificado en todo momento. Obviamente, un proceso reversible puede ser revertido en todo momento, mientras que una irreversible no.

Proceso reversible

Es un proceso cuasi estático, que puede ser llevado de nuevo al estado inicial pasando por los mismos estados intermedios que el proceso directo, y sin que al final, ni en el sistema ni en el medio, quede ningún efecto residual que pueda revelar que se ha verificado el proceso. Para que esto último suceda, no debe haber rozamientos ni deformaciones, lo que se llaman efectos disipativos. Por último, decimos que no habrá degradación de la energía y por ello ninguna generación o producción de entropía.

Proceso irreversible

Son los procesos reales. En ellos siempre habrá degradación de energía y generación de entropía.

Cuando se lleva a cabo un cambio de las propiedades del sistema, desde un estado inicial a uno final, ya sea en forma reversible o irreversible, las propiedades del sistema en el estado inicial y final son las mismas para ambos procesos. Sin embargo, la cantidad de calor y trabajo que atravesó la frontera son diferentes para ambos procesos. Por lo tanto, las propiedades de un sistema no dependen de la forma en que se llegó a ese estado, mientras que la cantidad de energía involucrada en un cambio de estado depende de la forma en que se llevó a cabo dicho proceso.

Tomemos el siguiente ejemplo. Consideremos una persona que desea bajar una escalera. En principio existen dos formas en que lo pueda hacer: i) bajando escalón por escalón, y ii) saltando desde el primer escalón hasta el último. En ambos casos, la diferencia en la energía potencial de la persona será la misma, puesto que la altura que ha descendido es la misma. Sin embargo, cuando baja la escalera paso a paso, la persona puede ir un escalón hacia delante o hacia atrás, sin diferencias significativas en su esfuerzo. Por otra parte, la posición de la persona se conoce en todo momento. Esta forma de bajar la escalera puede, entonces, aproximarse a un proceso reversible. En el segundo caso, no existe la posibilidad de que la persona puede ir hacia atrás en algún momento de su trayectoria, y su salto hacia el final de la escalera será irreversible.

Sistema homogéneo

Un sistema se dice homogéneo cuando (en ausencia de fuerzas exteriores) sus variables termodinámicas son constantes a través de todo el sistema. Si hay campos de fuerzas, esta definición se puede ampliar admitiendo que las variables pueden variar de un punto a otro del sistema, siempre y cuando esas variaciones sean continuas.

Sistema heterogéneo

Un sistema en el cual las variables termodinámicas varían de un lugar a otro en forma discontinua se dice que es heterogéneo. Por ejemplo, un sistema constituido por hielo y agua en equilibrio es heterogéneo. Las discontinuidades se producen en las interfases sólido-líquido.

Fase

Muchas veces conviene dividir un sistema heterogéneo en subsistemas, llamados fases, imaginando nuevos límites en los lugares donde ocurren las discontinuidades. En consecuencia, una fase es un subsistema homogéneo. No es necesario que todas las partes de una fase sean adyacentes. Por ejemplo, un sistema que consiste de hielo y agua se considera un sistema de dos fases, sea que el hielo esté en un único trozo o dividido en varios fragmentos.

Sustancia pura

Sustancia pura es un material formado por un sólo constituyente, en oposición a una mezcla. Sustancia pura no significa sustancia químicamente pura: sustancia pura es la que, en el intervalo de propiedades estudiado, no se separa en sus componentes. Por ejemplo, en procesos físicos (calentamiento o enfriamiento, compresión o expansión) a temperatura ambiente o superior, el aire puede considerase una sustancia pura; pero en procesos químicos (reacciones de combustión) o a bajas temperaturas (cuando se forma aire líquido al licuarlo), es necesario considerar el aire como una mezcla de sus componentes (oxígeno, nitrógeno, etc.).

Fuente: http://www.textoscientificos.com/fisica/termodinamica/estado

Cuestionario:

1-¿Qué se dice que experimenta un sistema cuando sucede un cambio de estado?

2-¿Qué es necesario que suceda para que un PROCESO tenga lugar?

3- ¿Qué tipos de procesos pueden dar cuenta de un cambio de estado?

4-¿Qué distinciones se realizan entre procesos reversibles e irreversibles?

5- ¿Qué distinciones se realizan entre sistemas homogéneos y heterogéneos desde la termodinámica?

6- ¿Qué definición se realiza de sustancia pura? ¿qué aclaración se realiza?