TERMODINÁMICA

sistema aislado es uno de los siguientes:

1. un sistema físico tan alejado de otros sistemas que no interactúa con ellos.
2. Un sistema termodinámico encerrado por paredes rígidas e inamovibles a través de las cuales ni la masa ni la energíapueden pasar.

Aunque sujeto internamente a su propia gravedad, usualmente se considera que un sistema aislado está fuera del alcance de las fuerzas gravitacionales externas y otras fuerzas de largo alcance.

Esto se puede contrastar con lo que (en la terminología más común usada en termodinámica) se llama un sistema cerrado , está encerrado por paredes selectivas a través de las cuales la energía puede pasar como calor o trabajo, pero no como masa de sustancia; y con un sistema abierto , en el que tanto la masa como la energía pueden entrar o salir, aunque puede tener varias paredes impermeables en partes de sus límites.

Un sistema aislado obedece a la ley de conservación de que su masa total de energía se mantiene constante. Más a menudo, en termodinámica, la masa y la energía se tratan como conservadas por separado.

Debido al requisito de cercado y la casi ubicuidad de la gravedad, los sistemas estrictamente e idealmente aislados no ocurren realmente en experimentos o en la naturaleza. Aunque son muy útiles, son estrictamente hipotéticos. ^{[1] [2] [3]}

La termodinámica clásica se presenta generalmente como un postulado de la existencia de sistemas aislados. También suele presentarse como el fruto de la experiencia. Obviamente, no se ha reportado experiencia de un sistema idealmente aislado.

Sin embargo, es fruto de la experiencia que algunos sistemas físicos, incluidos los aislados, parecen alcanzar sus propios estados de equilibrio termodinámico interno. La termodinámica clásica postula la existencia de sistemas en sus propios estados de equilibrio termodinámico interno. Este postulado es una idealización muy útil.

En el intento de explicar la idea de un enfoque gradual del equilibrio termodinámico después de una operación termodinámica , con el aumento de la entropía según la segunda ley de la termodinámica , el teorema de H de Boltzmann utilizó ecuaciones , que asumían que un sistema (por ejemplo, un gas ) estaba aislado. . Es decir, se podrían especificar todos los grados de libertad mecánicos , tratando los muros cercados simplemente como condiciones de contorno de espejo . Esto llevó a la paradoja de Loschmidt . Sin embargo, si el comportamiento estocástico de las moléculas y la radiación térmicaEn las paredes de cerramiento reales se considera, entonces el sistema está en efecto en un baño de calor. Entonces la suposición de Boltzmann del caos molecular puede justificarse.

El concepto de un sistema aislado puede servir como un modelo útil que se aproxima a muchas situaciones del mundo real. Es una idealización aceptable utilizada en la construcción de modelos matemáticos de ciertos fenómenos naturales ; por ejemplo, los planetas en el Sistema Solar , y el protón y el electrón en un átomo de hidrógeno a menudo se tratan como sistemas aislados. Pero, de vez en cuando, un átomo de hidrógeno interactuará con la radiación electromagnética y pasará a un estado excitado .

A veces las personas especulan sobre el "aislamiento" para el universo como un todo, pero el significado de tal especulación es dudoso.

Aislamiento radiativo [ editar ]

Para el aislamiento radiativo, las paredes deben ser perfectamente conductivas, de modo que reflejen perfectamente la radiación dentro de la cavidad, como lo imagina Planck , por ejemplo .

Estaba considerando el equilibrio radiativo térmico interno de un sistema termodinámico en una cavidad inicialmente sin sustancia. No mencionó lo que imaginaba que rodeaba sus paredes perfectamente reflectantes y, por lo tanto, perfectamente conductoras. Presumiblemente, ya que son perfectamente reflectantes, aíslan la cavidad de cualquier efecto electromagnético externo. Planck sostuvo que para el equilibrio radiativo dentro de la cavidad aislada, necesitaba haber agregado a su interior una mota de carbono. ^{[4] [5] [6]}

Si la cavidad con paredes perfectamente reflectantes contiene una cantidad de energía radiativa lo suficientemente grande como para sostener una temperatura de magnitud cosmológica, entonces la partícula de carbono no es necesaria porque la radiación genera partículas de sustancia, como por ejemplo pares de electrones y positrones, y por lo tanto alcanza Equilibrio termodinámico.

Balian adopta un enfoque diferente . Para cuantificar la radiación en la cavidad, imagina que sus paredes aislantes radiativas son perfectamente conductoras. Aunque no menciona la masa en el exterior, y por su contexto parece que pretende que el lector suponga que el interior de la cavidad carece de masa, sí imagina que algún factor causa corrientes en las paredes. Si ese factor es interno a la cavidad, solo puede ser la radiación, que de este modo quedaría perfectamente reflejada. Para el problema del equilibrio térmico, sin embargo, considera paredes que contienen partículas cargadas que interactúan con la radiación dentro de la cavidad; estas cavidades, por supuesto, no están aisladas, pero pueden considerarse como en un baño de calor.

La tecnología isotérmica es un tipo de tecnología de transferencia de calor, donde el transporte de calor se realiza principalmente a través de ondas / resonancias térmicas, y permite transferir calor de forma isotérmica.

Descripción general [ editar ]

Los modos fundamentales de transferencia de calor son la conducción , convección y radiación . Estos son la transferencia de calor de conducción de gradiente de temperatura.

La fuerza motriz para la transferencia de calor también puede ser indirecta. Viene de acoplamientos cruzados entre diferentes procesos de transporte y transfiere calor isotérmicamente en ondas / resonancias térmicas. Puede ser de varias formas y sintonizado precisamente a través de la manipulación del acoplamiento cruzado. ^[1] [2]

Típicamente, muchos procesos de transporte como el transporte térmico , de masa , eléctrico , magnéticoocurren simultáneamente en los fluidos . ^[3] Estos procesos pueden acoplarse (o interferir) y causar nuevos efectos inducidos de los flujos que ocurren sin o contra su fuerza de conducción termodinámica primaria , que puede ser un gradiente de temperatura , potencial químico o afinidad de reacción . ^[4] [5] Dos ejemplos clásicos de transportes acoplados son el efecto Soret (también conocido como termodifusión) y efecto Dufour .

El fluido multifase se puede diseñar especialmente para inducir el fuerte acoplamiento cruzado entre los procesos de transporte y crear ondas / resonancias térmicas diseñadas a medida para la transferencia de calor isotérmica .

El efecto Joule y la ley de Joule son cualquiera de varios efectos físicos diferentes descubiertos o caracterizados por el físico inglés James Prescott Joule . Estos efectos físicos no son los mismos, pero en la literatura se hace referencia frecuente u ocasionalmente al "efecto Joule" o "ley Joule". Estos efectos físicos incluyen:

• " La primera ley de Joule" (calefacción Joule), una ley física que expresa la relación entre el calor generado y la corriente que fluye a través de un conductor.
• La segunda ley de Joule establece que la energía interna de un gas ideal es independiente de su volumen y presión, dependiendo solo de su temperatura.
• Magnetoestricción , una propiedad de los materiales ferromagnéticos que hace que cambien de forma cuando se los somete a un campo magnético.
• El efecto Joule-Thomson (durante la expansión de Joule ), el cambio de temperatura de un gas (generalmente enfriamiento) cuando se permite que se expanda libremente.
• El efecto Gough-Joule o el efecto Gow-Joule, que es la tendencia de los elastómeros a contraerse si se calientan mientras están bajo tensión.

De Joule primera ley [ editar ]

Entre los años 1840 y 1843, Joule estudió cuidadosamente el calor producido por una corriente eléctrica. A partir de este estudio, desarrolló las leyes de calentamiento de Joule , la primera de las cuales se conoce comúnmente como el efecto Joule . La primera ley de Joule expresa la relación entre el calor generado en un conductor y el flujo de corriente, la resistencia y el tiempo. ^[1]

Magnetoestricción [ editar ]

El efecto de magnetoestricción describe una propiedad de los materiales ferromagnéticos que hace que cambien de forma cuando se los somete a un campo magnético. Joule informó por primera vez que observaba un cambio en la longitud de las barras ferromagnéticas en 1842. ^[2]

Expansión de Joule [ editar ]

En 1845, Joule estudió la expansión libre de un gas en un volumen mayor. Esto se conoció como la expansión de Joule . ^[3] El enfriamiento de un gas al permitir que se expanda libremente se denomina ocasionalmente efecto Joule. ^[4]

Efecto Gough – Joule [ editar ]

Si una banda elástica se estira primero y luego se somete a calentamiento, se contraerá en lugar de expandirse. Este efecto fue observado por primera vez por John Gough en 1802, y fue investigado por Joule en la década de 1850, cuando fue conocido como el efecto Gough-Joule . ^[5] [6]
Ejemplos en la literatura:

• Revista Popular Science, enero de 1972: "Una pieza estirada de goma se contrae cuando se calienta. Al hacerlo, ejerce un aumento mensurable en su tracción. Esta sorprendente propiedad de la goma fue observada por primera vez por James Prescott Joule hace unos cien años y es conocida como el efecto Joule ". ^[7]
• Caucho como material de ingeniería (libro), de Khairi Nagdi: "El efecto Joule es un fenómeno de importancia práctica que los diseñadores de máquinas deben tener en cuenta. La forma más sencilla de demostrar este efecto es suspender un peso en una banda de goma suficiente para alargar al menos el 50%. Cuando la banda de goma estirada se calienta con una lámpara infrarroja, no se alarga debido a la expansión térmica, como es de esperar, pero se retrae y levanta el peso ".