Solución:
Solución 1:
Existe cierta confusión sobre la terminología. La figura muestra dos procesos. La trayectoria curva representa una expansión reversible en la que existe un equilibrio de presión entre el sistema y el entorno en todo momento, de modo que la presión aplicada puede describirse mediante la ley de los gases ideales (o la ley de Boyle $ p = frac p_1V_1 V $). Este proceso es claramente isotérmico, ya que $ pV = nRT $.
El segundo proceso que se muestra como dos trayectorias rectas consiste en una caída de presión y una expansión contra la presión externa constante y es además isotermo (en jerga termodinámica). El hecho de que los puntos inicial y final estén en T igual lo hace isotérmico. La temperatura (y otras propiedades excepto presumiblemente la composición) del sistema. durante el proceso, por otro lado, no está bien definido. Este proceso es irreversible.
Solucion 2:
En el lenguaje de la termodinámica, un proceso isotérmico irreversible se define como aquel en el que el sistema y el depósito de temperatura constante comienzan a la misma temperatura y el sistema se mantiene en contacto con el depósito de temperatura constante durante todo el proceso, de modo que, al final , se reequilibran a la misma temperatura.
En un proceso irreversible, no se puede usar la ley del gas ideal para describir el comportamiento del gas, porque la ley del gas ideal es válida solo en el equilibrio termodinámico. Un proceso reversible se caracteriza por una secuencia continua de estados de equilibrio termodinámico, por lo que la ley de los gases ideales se puede utilizar para tal caso.
En un proceso irreversible, además de que la presión es función del volumen de gas, también es función de la tasa de cambio de volumen. La mecánica de fluidos nos dice que esto es causado por tensiones viscosas que contribuyen a la fuerza por unidad de área ejercida por el gas sobre el pistón. En una expansión irreversible, estas tensiones reducen la presión que ejerce el gas sobre el pistón, de modo que, para un pistón sin masa sin fricción, la presión más baja coincide exactamente con la presión constante reducida aplicada externamente. Para proporcionar la combinación requerida, el gas debe expandirse rápidamente y al ritmo adecuado para que las tensiones viscosas sean las correctas.
Durante la expansión irreversible, la temperatura del gas no es espacialmente uniforme. La parte del gas en contacto con el depósito de temperatura constante está, por supuesto, a la temperatura del depósito, pero el interior del gas se enfría. Sin embargo, al final de la expansión, cuando se ha restablecido el equilibrio termodinámico, la temperatura del gas vuelve a ser uniforme e igual a la temperatura del yacimiento.
Todo esto es un proceso de una etapa y, al controlar la presión sobre el pistón para que caiga repentinamente al principio y luego se mantenga constante durante toda la deformación, esto puede considerarse una expansión de presión constante.
En resumen, la respuesta dada por @theorist ni siquiera está cerca de ser correcta. La respuesta de @Buck Thorn está mucho más cerca del objetivo.
Solución 3:
Estoy de acuerdo: no es isotermo proceso. Simplemente comienza y termina a la misma temperatura.
Consta de dos pasos: un proceso isocórico (V constante), en el que la presión disminuye enfriando el gas a V constante, seguido de un proceso isobárico, en el que se aumenta el volumen calentando el gas a p constante, volviendo a su temperatura original (pero no a su presión o volumen original).
En cuanto a lo que escribe Chet Miller:
En resumen, la respuesta dada por @theorist ni siquiera está cerca de ser correcta.
“Ni siquiera está cerca de ser correcto” es en realidad una buena descripción de su propio comentario.
Me atengo a lo que dije. El OP publicó un gráfico que mostraba cómo variaban la presión y el volumen de un gas ideal durante un proceso. Solo puedo responder en función de lo que se publicó. Lógicamente, para el primer tramo, si p desciende a V constante, el sistema debe estar enfriando. Y para el segundo tramo, si V aumenta a p constante, el sistema debe estar calentando. [We’re assuming the system is closed.] Es fácil lograr esto: simplemente ponga el sistema en contacto con un baño de T inferior mientras mantiene V constante, y luego ponga el sistema en contacto con un baño en la T original, manteniendo p constante.
Por ejemplo, podríamos comenzar con 300 K, 1 L y 2 atm. Entonces podríamos enfriar gradualmente a V constante a 150 K, 1 L, 1 atm. Entonces podríamos calentar gradualmente a p constante a 300 K, 2 L, 1 atm.
En cuanto a su queja de que T yp nunca pueden definirse durante un proceso irreversible, esa es una posición desafortunada y absolutista. En la práctica, ciertamente es posible definir y medir T y p durante procesos irreversibles, particularmente si hacemos que el cambio sea lo suficientemente lento como para que el sistema pueda relajarse lo suficientemente cerca de un estado de equilibrio de modo que nuestros dispositivos de medición no puedan notar la diferencia, o que la diferencia es menor que la precisión con la que nos preocupamos de informar nuestras mediciones. [This is not to be confused with a true reversible process, which is an idealization that can’t exist is the real world.]
Y el diagrama mostrando la presión del sistema a lo largo del proceso, nos está diciendo exactamente eso: que el sistema se relaja lo suficiente durante el proceso para tener una p medible. Es decir, sí, normalmente el supuesto predeterminado durante un proceso irreversible es que las variables intensivas no están definidas (esto a veces se indica mediante una línea discontinua). Pero aquí el diagrama, al usar una línea continua ininterrumpida para describir p a lo largo del proceso, nos dice que p es medible.
Considere lo contrario: si mantenemos una visión tan absolutista, que los sistemas deben estar en equilibrio para que podamos describir su temperatura y presión, entonces podemos Nunca medir o discutir la temperatura o presión de alguna sistema del mundo real, ya que ningún sistema del mundo real está realmente en equilibrio. Entonces, esencialmente, todas las mediciones de temperatura y presión en toda la literatura científica del mundo son inválidas.
Tenga en cuenta que esto también evitaría que hablemos sobre el cambio de temperatura o presión en una expansión de Joule-Thomson, ya que dicha expansión es un proceso de estado estable, por lo que es, por diseño, nunca en equilibrio.
Veo por el perfil de Chet que es un ingeniero químico jubilado. Para ser lógicamente coherente con la visión que presenta aquí, cada vez que sus colegas o jefes le preguntaban sobre la temperatura o la presión de un sistema, siempre tenía que decir: “Ningún sistema del mundo real está nunca en equilibrio, por lo que no tienen temperatura o presión definibles “. ¿Crees que eso es lo que siempre decía?
El proceso que Chet atribuye a la pregunta es diferente de lo que se muestra en la imagen. Está tomando el diagrama para representar la V del sistema, pero la p del alrededores. Basado en esa suposición, su descripción es correcta. Pero, si bien ese puede ser el intención de la pregunta, no hay nada en el presentado diagrama para indicar que ese es el caso. Está, como dicen los abogados, “asumiendo hechos que no son pruebas”.
En cuanto a su otro comentario:
¿¿¿¿En realidad???? Entonces, en la etapa 1 comienzas con dos entradas, el gas y el reservorio, a la misma temperatura. Luego, de manera espontánea, el calor fluye desde el gas (a volumen constante) al reservorio de modo que, al final de la etapa 1, están a diferentes temperaturas (con el gas más frío). ¿De verdad crees que esto es coherente con la segunda ley de la termodinámica?
Aplaudo su moderación al limitarse a cuatro signos de interrogación. Si hubiera usado cinco, me preocuparía.
Me está atribuyendo un proceso extraño que no guarda relación con nada de lo que dije, ni con lo que tenía en mente, ni con lo que se muestra en el diagrama. No tengo idea de cómo o por qué se le ocurrió esto. Es tan extraño que me tomó un tiempo darme cuenta de lo que estaba tratando de describir, y casi parece un hombre de paja. Para adoptar el lenguaje de Chet: ¿¿¿¿De verdad ??? [I’m not as well-trained as Chet in hyperbole, so I can only go to three question marks, max.]
Si posees algún disgusto y capacidad de innovar nuestro tutorial puedes escribir una apostilla y con placer lo analizaremos.