Ciclo de Carnot – Procesos
En un ciclo de Carnot , el sistema que ejecuta el ciclo experimenta una serie de cuatro procesos internamente reversibles : dos procesos isentrópicos (adiabáticos reversibles) alternados con dos procesos isotérmicos :
- compresión isoentrópica – El gas se comprime adiabáticamente del estado 1 al estado 2, donde la temperatura es T H . Los alrededores trabajan con el gas, aumentando su energía interna y comprimiéndolo. Por otro lado, la entropía permanece sin cambios .
- Isotérmica expansión – El sistema se coloca en contacto con el depósito en T H . El gas se expande isotérmicamente mientras recibe energía Q H del depósito caliente por transferencia de calor. La temperatura del gas no cambia durante el proceso. El gas funciona en los alrededores. El cambio total de entropía viene dado por: ∆S = S 1 – S 4 = Q H / T H
- expansión isoentrópica – El gas se expande adiabáticamente del estado 3 al estado 4, donde la temperatura es T C . El gas funciona en el entorno y pierde una cantidad de energía interna igual al trabajo que abandona el sistema. Nuevamente, la entropía permanece sin cambios.
- isotérmica de compresión – El sistema se coloca en contacto con el depósito en T C . El gas se comprime isotérmicamente a su estado inicial mientras descarga energía Q C al depósito frío por transferencia de calor. En este proceso, los alrededores trabajan con el gas. El cambio total de entropía viene dado por: ∆S = S 3 – S 2 = Q C / T C
Proceso isentrópico
Un proceso isentrópico es un proceso termodinámico , en el cual la entropía del fluido o gas permanece constante. Significa que el proceso isentrópico es un caso especial de un proceso adiabático en el que no hay transferencia de calor o materia. Es un proceso adiabático reversible . La suposición de que no hay transferencia de calor es muy importante, ya que podemos usar la aproximación adiabática solo en procesos muy rápidos .
Proceso isentrópico y la primera ley
Para un sistema cerrado, podemos escribir la primera ley de la termodinámica en términos de entalpía :
dH = dQ + Vdp
o
dH = TdS + Vdp
Proceso isentrópico (dQ = 0):
dH = Vdp → W = H 2 – H 1 → H 2 – H 1 = C p (T 2 – T 1 ) (para gas ideal )
Proceso isentrópico del gas ideal
El proceso isentrópico (un caso especial de proceso adiabático) se puede expresar con la ley de los gases ideales como:
pV κ = constante
o
p 1 V 1 κ = p 2 V 2 κ
en el que κ = c p / c v es la relación de los calores específicos (o capacidades de calor ) para el gas. Uno para presión constante (c p ) y otro para volumen constante (c v ) . Tenga en cuenta que esta relación κ
Proceso isotérmico
Un proceso isotérmico es un proceso termodinámico , en el que la temperatura del sistema permanece constante (T = constante). La transferencia de calor dentro o fuera del sistema generalmente debe ocurrir a una velocidad tan lenta para ajustarse continuamente a la temperatura del depósito a través del intercambio de calor. En cada uno de estos estados se mantiene el equilibrio térmico .
Proceso isotérmico y la primera ley
La forma clásica de la primera ley de la termodinámica es la siguiente ecuación:
dU = dQ – dW
En esta ecuación, dW es igual a dW = pdV y se conoce como el trabajo límite .
En el proceso isotérmico y el gas ideal , todo el calor agregado al sistema se utilizará para hacer el trabajo:
Proceso isotérmico (dU = 0):
dU = 0 = Q – W → W = Q (para gas ideal)
Proceso isotérmico del gas ideal
El proceso isotérmico se puede expresar con la ley de los gases ideales como:
pV = constante
o
p 1 V 1 = p 2 V 2
En un diagrama de pV, el proceso se produce a lo largo de una línea (llamada una isoterma) que tiene la ecuación p = constante / V .
Ver también: Ley de Boyle-Mariotte
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