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REVERSIBILIDAD ¿QUÉ ES ESO?

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 ...

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REVERSIBILIDAD ¿QUÉ ES ESO?

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Presentation Transcript

  1. 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.

  2. REVERSIBILIDAD ¿QUÉ ES ESO? Sea A un edificio y B una masa apoyada en el techo del edificio Lanzamiento de masa, versión 1: Polea con contrapeso de la misma masa. Velocidad inicial (pequeña), viscosidad del aire y de las poleas despreciables.

  3. REVERSIBILIDAD ¿QUÉ ES ESO? Sea A un edificio y B una masa apoyada en el techo del edificio Lanzamiento de masa, versión 1: Polea con contrapeso de la misma masa. Velocidad inicial (pequeña), viscosidad del aire y de las poleas despreciables.

  4. 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.

  5. 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.

  6. 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.

  7. 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.

  8. 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.

  9. 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.

  10. 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.

  11. REVERSIBILIDAD ¿QUÉ ES ESO? ¿cuáles son reversibles? ¿Según que noción de reversibilidad? ¿cuál es la primer version termodinámica de este asunto?

  12. “Fricción Térmica”: Dos experimentos de transferencia de calor de una fuente caliente a una fuente fría T1 T1 T1-x Q1 T2 T1+x W Q2 T2 REVERSIBILIDAD COMO UN PROBLEMA DE CONSERVACION: ¿DE QUE?

  13. Carnot Revisited

  14. ¿Esto no estaba prohibido? LA MAQUINA DE CARNOT: La secuencia de ciclos Q1  W1 Q1  W1 (Prohibido) Q1  W1 + 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....

  15. LA MAQUINA DE CARNOT: La secuencia de ciclos Q1  W1 Segunda Fase: Expansión adiabática. El gas se expande y la temperatura baja de T1 a T2.

  16. LA MAQUINA DE CARNOT: La secuencia de ciclos Q1  W1 W2  Q2 Tercer Fase: La compresión isotermica es a una temperatura menor, por lo que el trabajo utilizado para comprimir (W2) es menor que el trabajo que se habia ganado en la expansion (W1). Falta volver a la temperatura original para completar el ciclo. De eso se trata la cuarta fase.

  17. T1 Q1 W Q2 T2 LA MAQUINA DE CARNOT: La secuencia de ciclos Q1  W1 W2  Q2 • El resultado del ciclo es: • Se extrajo Q1 de la fuente caliente • Se tranfirio calor Q2 (menos que Q1) a la fuente fria • Se genero trabajo por la diferencia de calores W=Q1-Q2

  18. T1 Q1 W Q2 T2 LA MAQUINA DE CARNOT: Funcionando al revés. W2  Q1 Q2 W2 • El resultado del ciclo es: • Se extrajo Q2 de la fuente fuente fría (enfriándola mas) • Se transfirió calor Q1 a la fuente caliente • Se inyecto trabajo por la diferencia de calores W=Q1-Q2

  19. T1 Q1 W Q2 T2 LA MAQUINA DE CARNOT ES REVERSIBLE. PUEDE FUNCIONAR AL REVES T1 Q1 W Q2 T2 El motor de Carnot La heladera de Carnot

  20. Vale, según “probamos” para una maquina de Carnot opearndo en un gas ideal. W Q1 Q2 T1 T2 Si esta maquina es una maquina de Carnot operando en un gas ideal, entonces: Definición, vale siempre, simplemente reordenar términos

  21. 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!

  22. V Demostraciones termodinámicas por composiciones (lógicas) de Maquinas de Carnot. + =... El motor y la heladera de Carnot Álgebra de maquinas de Carnot

  23. T1 Q Q1 Q1-Q W W=Q1-Q = Q Q T2 Supongamos que C no se cumple, es decir que existe una heladera que no consume trabajo Clausius Kelvin’s way

  24. Si A y B son maquinas de Carnot operando con gases ideales entonces ... ¿Existe alguna relación entre los calores absorbidos y entregados por las dos maquinas? T1 T1 Q1(a) Q1(b) Wa Wb Q2(b) Q2(a) T2 T2

  25. Si A es reversible entonces ¿Existe alguna relación entre los calores absorbidos y entregados por las dos maquinas? T1 T1 Q1(a) Q1(b) Wa Wb Q2(b) Q2(a) T2 T2

  26. ¿Existe alguna relación entre los calores absorbidos y entregados por las dos maquinas? T1 T1 Q1(a) Q1(b) Wa Wb Q2(b) Q2(a) T2 T2 A es una Maquina Reversible

  27. (4 vueltas) (5 vueltas) Q1(b) Ciclos (de refrigeracion de A) Q1(a) Ciclos (de motor de B) 5 Joules 4 Joules T1 T1 Q1(a) Q1(b) Wa Wb Q2(b) Q2(a) T2 T2 ¿cómo hacer para que opere a una unica temperatura... Para luego usar algun argumento de la ley C”

  28. T1 ? T2 + Q1(b)*Q2(a) Q2(b)*Q1(a) Q1(b) Ciclos (de refrigeracion de A) Q1(a) Ciclos (de motor de B) T1 Q1(a) Q1(b) Wa Wb Q2(b) Q2(a) T2 ¿cuál es el resultado de esta maquina compuesta?

  29. T1 T1 ? T2 T2 Tienen que ser iguales (por primera ley) y en este sentido (por segunda) ¿qué podemos decir de esto? + Q1(b)*Q2(a) Q2(b)*Q1(a)

  30. 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??

  31. El ultimo paso hacia “el centro del universo termodinámico” es mostrar que esta función ex exactamente T1/T2 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.

  32. T1 Sabemos que: Q1 W’’ Q2 T2 T1 Q1 W T2 Q2 W’ Q0 Q0 T0 T0

  33. W Q1 Q2 T1 T2 De hecho, para cualquier maquina reversible, se tiene que: Este es uno de los resultados mas fuertes de la termodinámica (EL CENTRO DEL UNIVERSO TERMODINAMICO – SEGUN FEYNMAN). RESPUESTA A LA PREGUNTA DE CARNOT: LA EFICIENCIA QUEDA DETERMINADA POR EL COCIENTE DE TEMPERATURAS!

  34. A esta cantidad se la llama entropía y el resultado puede expresarse como: “no hay variación de energía en un ciclo reversible” LA MAQUINA DE CARNOT ES REVERSIBLE. PUEDE FUNCIONAR AL REVES T1 En este ciclo Q1-Q2=W y por ende, se conserva la cantidad Q1 Esto es la primer ley y nos dice que la energía se conserva. W ¿Se conserva alguna otra cantidad? Q2 T2 El motor de Carnot

  35. Q1 Q1 ¿cuánto aumenta la entropía si inyecto calor Q1? 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.

  36. T1 Pierde Entropía Q T2 Gana Entropía SI HAY FRICCION Y POR ENDE CONVERSION DE ENERGIA MECANICA A CALOR SI DOS FUENTES TERMICAS A TEMPERATURAS DISTINTAS SE PONEN EN CONTACTO

  37. DOS MAQUINAS IMPOSIBLES FAMOSAS. UN HORIZONTE PARA LO QUE VIENE

  38. Trinquete “si genera movimiento” Rueda dentada: Como la de cualquier parrilla “no genera movimiento” Mosquito, o cualquier otra masa liviana. Un “molino térmico” T1 EL RESULTADO NETO DE ESTA MAQUINA ES GENERAR MOVIMIENTO (TRABAJO) A PARTIR DE UNA UNICA FUENTE DE TEMPERATURA ¿VIOLA ESTO LA SEGUNDA LEY?

  39. 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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