Transformaciones termodinámicas. Diagrama p-V

Una transformación termodinámica es un proceso mediante el cual un sistema termodinámico pasa de un estado de equilibrio a otro.

Aunque el niño de la figura superior difícilmente pueda ser considerado un sistema en equilibrio, el ejemplo nos sirve para ilustrar lo que sucede en un sistema termodinámico. Inicialmente se encuentra en un estado 1 y, tras intercambiar (en este caso materia y energía) con el exterior, pasa a un estado final 2. En el proceso ha transformado la energía química almacenada en el helado en energía cinética.

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Sin entrar en definiciones formales, las transformaciones termodinámicas pueden ser:

    • Cuasiestáticas: aquellas que tienen lugar de manera infinitamente lenta. Aunque hay excepciones, en general todos los estados por los que pasa un sistema cuando experimenta una transformación cuasiestática son de equilibrio .
    • Reversibles: una transformación es reversible cuando puede ser invertido el sentido en que tiene lugar sin producir ningún cambio en el sistema ni en sus alrededores. En los sistemas que nosotros estudiaremos, toda transformación reversible será cuasiestática.
    • Irreversibles: aquellas transformaciones que no son reversibles. En ellas, no todos los estados intermedios por los que pasa el sistema son de equilibrio y conllevan un aumento de la entropía del universo.

Una manera sencilla de visualizar el estado de una sustancia y las transformaciones que experimenta consiste en representar ambos en un diagrama de Clapeyron o diagrama p-V como el representado en la siguiente figura.

En el eje horizontal del diagrama se representa el volumen (con sus unidades) ocupado por la sustancia en cada estado y en el eje vertical la presión (con sus unidades) a la que se encuentra en dicho estado. Entre paréntesis en cada uno de los estados hemos escrito la temperatura, que para ciertas sustancias podrá determinarse mediante la ecuación de estado; por ejemplo, cuando trabajemos con un gas ideal.

Los estados 1 y 2 están conectados por una curva que representa la transformación que ha experimentado la sustancia cuando ha pasado de uno a otro. Normalmente se representa en línea continua (en verde en la figura) cuando es reversible y en línea discontinua (en rojo en la figura) cuando es irreversible.

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El diagrama de Clapeyron es muy útil para representar por ejemplo las isotermas de un gas ideal, el trabajo realizado por un gas, o el ciclo descrito por el fluido de trabajo de una máquina térmica.

La página Transformaciones termodinámicas. Diagrama p-V ha sido originalmente publicada en YouPhysics

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