S'anomena procés termodinàmic a l'evolució d'unes magnituds o propietats determinades en relació a un determinat sistema termodinàmic. Aquestes propietats s'anomenen propietats termodinàmiques.
Per poder estudiar un procés termodinàmic es requereix que el sistema estigui en equilibri termodinàmic al punt inicial i final del procés. És a dir, que les magnituds que pateixen una variació en passar d'un estat a un altre han d'estar completament definides als estats inicial i final. Un sistema termodinàmic està en principi en un estat dequilibri termodinàmic quan les variables principals del sistema romanen invariables. És a dir, la pressió, el volum i la temperatura no experimenten es mantenen constants amb el pas del temps.
Un procés termodinàmic també es pot veure com els canvis d'un sistema, des d'unes condicions inicials fins a altres condicions finals.
Un procés termodinàmic pot ser reversible o irreversible . Totes les transformacions reals són irreversibles, ja que les friccions no es poden eliminar del tot, per la qual cosa la condició de reversibilitat és només una aproximació teòrica.
La teoria dels processos tèrmics s'aplica al disseny de motors , unitats de refrigeració, indústria química i meteorologia.
Tipus de processos termodinàmics
Els principals processos termodinàmics són els següents:
- Procés isobàric : té lloc a pressió constant. En altres paraules, el sistema està connectat dinàmicament, amb una frontera movible, a un dipòsit a pressió constant. Quan un gas perfecte evoluciona isobàricament des d'un estat A fins a un estat B, la temperatura i el volum associats segueixen la llei de Charles.
- Procés isocòric : el volum roman constant. Per tant, si el sistema està a volum constant, la feina feta pel sistema serà zero. Això implica que el procés no fa treball pressió-volum. D'això se'n desprèn que qualsevol energia tèrmica transferida al sistema externament l'absorbeix en forma d'energia interna.
- Procés isotèrmic (o procés isoterm): té lloc a temperatura constant. En altres paraules, el sistema està connectat tèrmicament, per una frontera tèrmicament conductora, a un dipòsit de temperatura constant.
- Procés adiabàtic : és un procés en què no hi ha transferència de calor. Per a un procés reversible, això és idèntic a un procés isentròpic. Es pot dir que el sistema està tèrmicament aïllat del vostre entorn i que no pot intercanviar calor amb l'entorn.
- Procés isentròpic : té lloc a entropia constant. Per a un procés reversible, això és idèntic a un procés adiabàtic.
- Procés de potencial químic constant : el sistema ha connectat per transferència de partícules amb una frontera permeable a les partícules.
- Procés de nombre de partícules constant : no hi ha energia afegida o sostreta del sistema per transferència de partícules. Es pot dir que el sistema és aïllat per transferència de partícules del seu entorn per una frontera permeable a les partícules.
- Procés politròpic : un procés politròpic és un procés termodinàmic durant el qual la capacitat calorífica d'un gas roman sense canvis, és a dir, no hi ha intercanvis de calor.
Exemples quotidians
A continuació us presentem alguns exemples quotidians en què es produeixen processos termodinàmics:
- Escalfador solar d'aigua ( procés isotèrmic ): Un escalfador solar d'aigua és un dispositiu que utilitza la radiació solar per escalfar l'aigua. Durant el dia, la llum solar incideix sobre un col·lector solar, escalfant un fluid (com aigua o un líquid anticongelant) que hi circula. Aquest procés es pot considerar isotèrmic perquè la temperatura es manté relativament constant durant l'absorció de l'energia solar.
- Cocció d'aliments ( procés isotèrmic ): Quan cuines aliments, com bullent aigua per fer pasta, estàs experimentant un procés isotèrmic, on la temperatura es manté constant. Durant aquest procés, l'energia tèrmica es transfereix a l'aigua, causant un augment de la temperatura i permetent la cocció dels aliments.
- Inflar un globus ( procés adiabàtic ): En inflar un globus, estàs realitzant un procés adiabàtic , ja que ocorre sense transferència de calor cap al sistema ni des d'ell. L'aire dins del globus es comprimeix ràpidament en inflar-lo, cosa que augmenta la seva temperatura.
- Refrigeració d'aliments a la nevera ( procés isobàric ): Quan col·loques aliments calents a la nevera, estàs experimentant un procés isobàric, on la pressió es manté constant. L'energia tèrmica es transfereix des dels aliments a l'ambient més fred de la nevera, refredant-los gradualment.
- Escalfament de l'automòbil ( procés isocòric ): En arrencar un automòbil en un dia fred, el procés d'escalfament del motor es pot considerar isocòric, ja que el volum dels gasos al cilindre roman constant. La temperatura augmenta degut a la combustió del combustible.
- Ús d'un aerosol (expansió lliure): Quan s'allibera el contingut d'un aerosol, com a desodorant o pintura en aerosol, es produeix una expansió lliure. No hi ha transferència de calor significativa durant aquest procés, i lalliberament ràpid del contingut es deu a la pressió acumulada.
