La termodinámica clásica considera tres tipos principales de procesos termodinámicos: cambio en un sistema, ciclos en un sistema y procesos de flujo. A continuación describiremos cada uno de ellos.
Qué es un proceso termodinámico
Definido por el cambio en un sistema, un proceso termodinámico es un paso de un sistema termodinámico desde un estado inicial a un estado final de equilibrio termodinámico.
Los estados inicial y final son los elementos definitorios del proceso.
El curso real del proceso no es la principal preocupación y, por lo tanto, a menudo se ignora.
En general, durante el curso real de un proceso termodinámico, el sistema pasa a través de estados físicos que no se pueden describir como estados termodinámicos, porque están lejos del equilibrio termodinámico interno.
Tipos de procesos termodinámicos
Cambio en un sistema
De todos los tipos, este posiblemente es el que más se acerca a la propia definición de proceso termodinámico.
Así, para que se produzca un cambio de sistema, debe haber un proceso en el cual es sistema pase de un estado inicial a un estado final.
Un estado de equilibrio termodinámico perdura sin cambios a menos que sea interrumpido por una operación termodinámica que inicie un proceso termodinámico.
Los estados de equilibrio están respectivamente especificados por completo por un conjunto adecuado de variables de estado termodinámico.
Esas variables dependen solo del estado actual del sistema, no del camino que toman los procesos que producen ese estado.
Por lo tanto, un proceso de este tipo puede admitirse para la termodinámica de no equilibrio, pero no para la termodinámica de equilibrio.
La razón es que el objetivo principal de esta última es describir el paso continuo a lo largo del camino, a tasas definidas de progreso.
Aunque no es así en general, es posible, sin embargo, que un proceso se lleve a cabo de manera lo suficientemente lenta o suave como para permitir que su descripción sea aproximada de manera útil por una trayectoria continua de estados termodinámicos de equilibrio.
Entonces puede describirse aproximadamente mediante una función de proceso que depende de la ruta.
Tal proceso puede ser idealizado como un proceso «cuasi-estático».
Este proceso es infinitamente lento, y en realidad es un ejercicio teórico en geometría diferencial, en oposición a un proceso físico realmente posible.
En este caso idealizado, el cálculo puede ser exacto, aunque el proceso no ocurre realmente en la naturaleza.
Tales procesos idealizados son útiles en la teoría de la termodinámica.
Proceso cíclico
Definido por un ciclo de transferencias dentro y fuera de un sistema, un proceso cíclico se describe por las cantidades transferidas en las diversas etapas del ciclo que se repiten sin cambios.
En este caso, las descripciones de los estados organizados del sistema pueden ser de poco o incluso ningún interés.
Pero ¿qué es un ciclo? Es una secuencia de un pequeño número de procesos termodinámicos que a menudo de forma indefinida devuelven al sistema a su estado original.
Para esto, los estados organizados en sí mismos no se describen necesariamente, porque son las transferencias las que son de interés.
Se razona que si el ciclo se puede repetir indefinidamente a menudo, entonces se puede suponer que los estados no cambian de forma recurrente.
La condición del sistema durante los diversos procesos por etapas puede ser incluso menos interesante que la naturaleza precisa de los estados recurrentes.
Sin embargo, si los diversos procesos en etapas son idealizados y casi estáticos, entonces el ciclo se describe mediante una trayectoria a través de una progresión continua de estados de equilibrio.
Los procesos cíclicos fueron referentes conceptuales importantes en los primeros días de la investigación termodinámica.
Su auge se dio especialmente mientras se estaba desarrollando el concepto de la variable de estado termodinámico.
Proceso de flujo
Cuando es definido por flujos a través de un sistema, un proceso de flujo es un estado estable de flujo dentro y fuera de un recipiente con propiedades de pared definidas.
En este caso, el estado interno de los contenidos del recipiente no es la principal preocupación.
Las cantidades de interés principal describen los estados de los flujos de entrada y salida, y, por el lado, las transferencias de calor, trabajo y energía cinética y potencial para el recipiente.
Los estados de los materiales de entrada y salida consisten en sus estados internos, y en sus energías cinéticas y potenciales como cuerpos completos.
Muy a menudo, las cantidades que describen los estados internos de los materiales de entrada y salida se estiman suponiendo que son cuerpos en sus propios estados de equilibrio termodinámico interno.
Debido a que se permiten reacciones rápidas, el tratamiento termodinámico puede ser aproximado, no exacto.
