REVERSIBILIDAD QU ES ESO Que todo sea lento
REVERSIBILIDAD ¿QUÉ ES ESO? Que todo sea lento. . . Que no hayan cambios abruptos. . . Estar todo el tiempo en equilibrio. . . Que corresponda a un punto bien definido en el plano P, V. . . Que no haya fricción. . . Que pueda volver ¿Por donde? ¿por qué tiene que ser por el mismo camino? ¿tiene que ser por el mismo camino? Empecemos por la mecánica, que es mas sencillo. Mi ejemplo favorito.
REVERSIBILIDAD ¿QUÉ ES ESO? Sea A un edificio y B una masa apoyada en el techo del edificio Lanzamiento de masa, versión 1: Polea contrapeso de la misma masa. Velocidad inicial (pequeña), viscosidad del aire y de las poleas despreciables.
REVERSIBILIDAD ¿QUÉ ES ESO? Sea A un edificio y B una masa apoyada en el techo del edificio Lanzamiento de masa, versión 1: Polea contrapeso de la misma masa. Velocidad inicial (pequeña), viscosidad del aire y de las poleas despreciables.
REVERSIBILIDAD ¿QUÉ ES ESO? Sea A un edificio y B una masa apoyada en el techo del edificio Lanzamiento de masa, versión 2: Bungee jumping con un resorte que se frena justo en el piso y un gancho que ahí la sostiene.
REVERSIBILIDAD ¿QUÉ ES ESO? Sea A un edificio y B una masa apoyada en el techo del edificio Lanzamiento de masa, versión 2: Bungee jumping con un resorte que se frena justo en el piso y un gancho que ahí la sostiene.
REVERSIBILIDAD ¿QUÉ ES ESO? Sea A un edificio y B una masa apoyada en el techo del edificio Lanzamiento de masa, versión 3: Caída libre.
REVERSIBILIDAD ¿QUÉ ES ESO? Sea A un edificio y B una masa apoyada en el techo del edificio Lanzamiento de masa, versión 3: Caída libre.
REVERSIBILIDAD ¿QUÉ ES ESO? Sea A un edificio y B una masa apoyada en el techo del edificio Lanzamiento de masa, versión 3: Caída libre.
REVERSIBILIDAD ¿QUÉ ES ESO? Sea A un edificio y B una masa apoyada en el techo del edificio Lanzamiento de masa, versión 4: La gran Charly. Salto a la pileta, la masa se frena por rozamiento con el agua.
REVERSIBILIDAD ¿QUÉ ES ESO? Sea A un edificio y B una masa apoyada en el techo del edificio Lanzamiento de masa, versión 4: La gran Charly. Salto a la pileta, la masa se frena por rozamiento con el agua.
REVERSIBILIDAD ¿QUÉ ES ESO? ¿cuáles son reversibles? ¿Según que noción de reversibilidad? ¿cuál es la primer version termodinámica de este asunto?
“Fricción Térmica”: Dos experimentos de transferencia de calor de una fuente caliente a una fuente fría T 1 Q 1 W Q 2 T 1 -x T 2 T 1+x T 2 REVERSIBILIDAD COMO UN PROBLEMA DE CONSERVACION: ¿DE QUE?
Carnot Revisited
LA MAQUINA DE CARNOT: La secuencia de ciclos Q 1 W 1 ¿Esto no estaba prohibido? Q 1 W 1 (Prohibido) Q 1 W 1 + incremento de volumen del gas (y por ende aumento de su entropia. . . ) prohibido nao Acá podría volver por la isoterma utilizando el trabajo ganado para comprimir el pistón. Con esto el resultado del ciclo sería: Nada. La solución es comprimir a una temperatura mas fría, para eso tengo que bajar de temperatura. El segundo ciclo se trata de eso. .
LA MAQUINA DE CARNOT: La secuencia de ciclos Q 1 W 1 Segunda Fase: Expansión adiabática. El gas se expande y la temperatura baja de T 1 a T 2.
LA MAQUINA DE CARNOT: La secuencia de ciclos Q 1 W 1 W 2 Q 2 Tercer Fase: La compresión isotermica es a una temperatura menor, por lo que el trabajo utilizado para comprimir (W 2) es menor que el trabajo que se habia ganado en la expansion (W 1). Falta volver a la temperatura original para completar el ciclo. De eso se trata la cuarta fase.
LA MAQUINA DE CARNOT: La secuencia de ciclos Q 1 W 1 T 1 Q 1 W Q 2 W 2 Q 2 T 2 El resultado del ciclo es: 1) Se extrajo Q 1 de la fuente caliente 2) Se tranfirio calor Q 2 (menos que Q 1) a la fuente fria 3) Se genero trabajo por la diferencia de calores W=Q 1 -Q 2
LA MAQUINA DE CARNOT: Funcionando al revés. W 2 Q 1 T 1 Q 1 W Q 2 W 2 T 2 El resultado del ciclo es: 1) Se extrajo Q 2 de la fuente fría (enfriándola mas) 2) Se transfirió calor Q 1 a la fuente caliente 3) Se inyecto trabajo por la diferencia de calores W=Q 1 -Q 2
LA MAQUINA DE CARNOT ES REVERSIBLE. PUEDE FUNCIONAR AL REVES T 1 Q 1 W Q 2 T 2 El motor de Carnot T 2 La heladera de Carnot
W Q 1 Q 2 T 1 T 2 Si esta maquina es una maquina de Carnot operando en un gas ideal, entonces: Definición, vale siempre, simplemente reordenar términos Vale, según “probamos” para una maquina de Carnot opearndo en un gas ideal.
LA MAQUINA DE CARNOT: Entendiendo la segunda ley sin entender la primera. (las mejores ideas “equivocadas” versión 1) La producción de potencia motora (puissance motrice) en maquinas de vapor no se debe al consumo de calórico sino a su transporte de una fuente caliente a una fuente fría. Por analogía, cuanto mayor es la diferencia de temperaturas mayor la eficiencia de la maquina. ¡Esto de hecho es cierto!
V Demostraciones termodinámicas por composiciones (lógicas) de Maquinas de Carnot. + El motor y la heladera de Carnot =. . . Álgebra de maquinas de Carnot
T 1 Q Q 1 -Q W Q = W=Q 1 -Q Q T 2 Supongamos que C no se cumple, es decir que existe una heladera que no consume trabajo Clausius Kelvin’s way
¿Existe alguna relación entre los calores absorbidos y entregados por las dos maquinas? T 1 Q 1(a) Q 1(b) Wa Wb Q 2(b) Q 2(a) T 2 Si A y B son maquinas de Carnot operando con gases ideales entonces. . . T 2
¿Existe alguna relación entre los calores absorbidos y entregados por las dos maquinas? T 1 Q 1(a) Q 1(b) Wa Wb Q 2(b) Q 2(a) T 2 Si A es reversible entonces T 2
¿Existe alguna relación entre los calores absorbidos y entregados por las dos maquinas? T 1 Q 1(a) Q 1(b) Wa Wb Q 2(b) Q 2(a) T 2 A es una Maquina Reversible T 2
(4 vueltas) Q 1(b) Ciclos (de refrigeracion de A) (5 vueltas) Q 1(a) Ciclos (de motor de B) T 1 Q 1(a) 5 Joules 4 Joules Q 1(b) Wa Wb Q 2(b) Q 2(a) T 2 ¿cómo hacer para que opere a unica temperatura. . . Para luego usar algun argumento de la ley C”
Q 1(b) Ciclos Q 1(a) Ciclos (de refrigeracion de A) (de motor de B) T 1 Q 1(a) Q 1(b) Wa ? Q 2(b) Q 2(a) T 2 Q 1(b)*Q 2(a) Wb + Q 2(b)*Q 1(a) ¿cuál es el resultado de esta maquina compuesta?
¿qué podemos decir de esto? T 1 ? T 2 Q 1(b)*Q 2(a) Tienen que ser iguales (por primera ley) y en este sentido (por segunda) + Q 2(b)*Q 1(a)
Jugando el mismo juego al reves (si ahora la maquina B es reversible) se tiene que, si ambas son reversibles entonces Es decir que el cociente de calores (y por ende la eficiencia. . . ) es solo una funcion de la temperatura, para cualquier maquina reversible. ¿¿qué funcion de la temperatura? ?
El ultimo paso hacia “el centro del universo termodinámico” es mostrar que esta función ex exactamente T 1/T 2 y que por lo tanto, tal como ya habiamos visto para el caso de los gases ideales, es cierto que para cualquier maquina reversible: Independientemente de los infinitos elementos que puedan distinguir a todas las maquinas reversibles. Carnot descansa en paz.
T 1 Q 1 Sabemos que: Q 1 W W’’ Q 2 T 2 Q 2 W’ Q 0 T 0
W Q 1 T 1 Q 2 T 2 De hecho, para cualquier maquina reversible, se tiene que: Este es uno de los resultados mas RESPUESTA A LA PREGUNTA fuertes de la termodinámica (EL DE CARNOT: CENTRO DEL UNIVERSO LA EFICIENCIA QUEDA TERMODINAMICO – SEGUN DETERMINADA POR EL FEYNMAN). COCIENTE DE TEMPERATURAS!
LA MAQUINA DE CARNOT ES REVERSIBLE. PUEDE FUNCIONAR AL REVES En este ciclo Q 1 -Q 2=W y por ende, se conserva la cantidad T 1 Q 1 W Esto es la primer ley y nos dice que la energía se conserva. ¿Se conserva alguna otra cantidad? Q 2 T 2 El motor de Carnot A esta cantidad se la llama entropía y el resultado puede expresarse como: “no hay variación de energía en un ciclo reversible”
Q 1 ¿cuánto aumenta la entropía si inyecto calor Q 1? Desordenar (calentar) un cuarto (gas) limpio (a baja temperatura) aumenta mas el desorden del mundo (la entropia) que desordenar un cuarto que ya estaba desordenado.
SI HAY FRICCION Y POR ENDE CONVERSION DE ENERGIA MECANICA A CALOR SI DOS FUENTES TERMICAS A TEMPERATURAS DISTINTAS SE PONEN EN CONTACTO T 1 T 2 Pierde Entropía Q Gana Entropía
DOS MAQUINAS IMPOSIBLES FAMOSAS. UN HORIZONTE PARA LO QUE VIENE
Rueda dentada: Como la de cualquier parrilla Trinquete “si genera movimiento” Un “molino térmico” “no genera movimiento” Mosquito, o cualquier otra masa liviana. T 1 EL RESULTADO NETO DE ESTA MAQUINA ES GENERAR MOVIMIENTO (TRABAJO) A PARTIR DE UNA UNICA FUENTE DE TEMPERATURA ¿VIOLA ESTO LA SEGUNDA LEY?
El DEMONIO DE MAXWELL El demonio abre la puerta cada vez que ve una molécula de gran velocidad. Luego de un rato, sin trabajo (la puerta no disipa energía) se habrá separado el gas en una mitad de temperatura alta y una mitad de temperatura baja. ¿Viola esto la segunda ley?
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