4 votos

¿La definición tradicional de capacidad calorífica supone procesos reversibles?

Creo que está ampliamente aceptado que la definición general de la capacidad calorífica es la siguiente

$$C \equiv \frac{\delta Q}{\textrm{d} T}.$$

También se encuentra que se considera ampliamente que

$$C_p = \left(\frac{\partial H}{\partial T}\right)_P,$$

y

$$C_V = \left(\frac{\partial U}{\partial T}\right)_V.$$

Me parece que estos dos últimos resultados se derivaron para procesos reversibles. ¿Es entonces que las capacidades térmicas son intrínsecas al material y deberían ser independientes de la trayectoria, lo que significa que la trayectoria utilizada en la derivación es irrelevante?


De la primera ley

$$ \textrm{d} U = \delta Q + \delta W,$$

y la entalpía variable transformada de Legendre es

$$ \textrm{d} H = \delta Q + \delta W + p\textrm{d} V + V \textrm{d} p.$$

Parece entonces que hay que suponer que es reversible, e ignorar la composición, para que el trabajo sea sólo $\delta W = -pdV,$ entonces

$$ \textrm{d} U = \delta Q - p \textrm{d}V,$$

$$ \textrm{d} H = \delta Q + V \textrm{d} p.$$

Las dos capacidades caloríficas son claramente las siguientes.


Por lo demás, es cierto que mientras el proceso sea cuasi-estático

$$ \textrm{d} U = T \textrm{d}S - p \textrm{d}V,$$

$$ \textrm{d} H = T \textrm{d}S + V \textrm{d} p.$$

Si se puede escribir la capacidad calorífica como

$$ C = T \frac{\textrm{d} S}{\textrm{d} T},$$

sin tener que suponer un proceso reversible entonces de nuevo las relaciones podrían caer. Sin embargo, para ello parece ser necesario un proceso reversible, de modo que

$$T \textrm{d} S = \delta Q,$$

pues se sabe que para un proceso irreversible

$$T \textrm{d} S > \delta Q.$$


Me parece que estos resultados no dependen de la trayectoria, pero no estoy seguro de cómo justificar este pensamiento.

4voto

Jaime Cham Puntos 211

La energía interna, la entalpía y la entropía son propiedades físicas de un material, independientes de la trayectoria. Por tanto, la diferencia de estas magnitudes entre dos estados de equilibrio termodinámico muy próximos es independiente del camino entre estos estados (que podría ser muy tortuoso e irreversible). Por lo tanto, las capacidades térmicas definidas en términos de U, H y S son independientes de la trayectoria.

i-Ciencias.com

I-Ciencias es una comunidad de estudiantes y amantes de la ciencia en la que puedes resolver tus problemas y dudas.
Puedes consultar las preguntas de otros usuarios, hacer tus propias preguntas o resolver las de los demás.

Powered by:

X