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1 ) La erradicación de los mitos: La naturaleza del vació PowerPoint PPT Presentation


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1 ) La erradicación de los mitos: La naturaleza del vació. RELACION ENTRE PRESION, MATERIA Y FUERZA (P~n). Otto von Guericke (1650). Aristóteles: “La naturaleza aborrece el vació”. 2 ) Observación de correlaciones: La traza de la forma. PV=k. Robert Boyle (1627). Robert Hooke (1635).

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1 ) La erradicación de los mitos: La naturaleza del vació

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Presentation Transcript


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1 ) La erradicación de los mitos:

La naturaleza del vació

RELACION ENTRE PRESION, MATERIA Y FUERZA (P~n)

Otto von Guericke (1650)

Aristóteles: “La naturaleza aborrece el vació”.


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2 ) Observación de correlaciones:

La traza de la forma

PV=k

Robert Boyle (1627)

Robert Hooke (1635)


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4 ) La formalización de conceptos (más mitos)

El calor, el “calorum” y la energia.

Antoine Lavoisier

(1743)

Nous savons que tous les corps de la nature sont plongés dans le calorique, et qu’il remplit tous les intervalles que laissent entre elles leurs molécules ... il exerce sur elles une force répulsive, et que c’est de son action ou de son accumulation plus ou moins grande que dépend le passage des corps de l’état solide à l’état liquide.


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3 ) La génesis de las ideas fundamentales:

Relacion entre calor y trabajo – reversibilidad...

Sadi Carnot (1824)


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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!


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5 ) La formalización de conceptos

Las ideas de Carnot en una descripción adecuada

El pasaje de calor a trabajo y viceversa

James Joule (1818)

“the mechanical power exerted in turning a magneto-electric machine is converted into the heat evolved by the passage of the currents of induction through its coils”


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Distintos cortes de la misma ecuación:

I. Compresión a temperatura constante

EL BAÑO TERMICO ABSORBE ENERGIA EN ESTE PROCESO. ¿DE QUIEN? ASUMIR QUE LA TEMPERATURA ES CONSTANTE ES UNA APROXIMACION PARTICULARMENTE CUESTIONADA EN ESTOS DIAS…


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  • Distintos cortes de la misma ecuación:

  • Compresión adiabática

Esto vale en un gas monoatómico.

Si parte de la energía de compresión NO SE TRANSFIERE a cinética, gama se acerca mas a 1.

¿El gas es ideal? Si es ideal, que sucede con la ecuación PV=NkT.


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Una expansión del mismo volumen (del mismo gas) resulta en menos trabajo cuando este perdió presión

Constantes y variables: El ejercicio (a veces difícil) de saber que depende de que …

Esta ecuación justo es bastante fácil de integrar analíticamente. Esto suele ser raro en la “no idealidad” del laboratorio.


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CARNOT VISTO DESDE EL POST JOULISMO:

Conservación de energía, emergencia de la 2da ley.

Sadi Carnot (1824)


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LA MAQUINA DE CARNOT:

La secuencia de ciclos

T1

Q1  W1

Q1

W=W2-W1

Q2

T2

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


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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


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LA SEGUNDA LEY VISTA A TRAVES DE LAS MAQUINAS DE CARNOT

T1

Q1

Kelvin’s way

W

Q2 NO PUEDE SER CERO.

SE PUEDE GENERAR TRABAJO A PARTIR DEL CALOR, PERO ES NECESARIO TRANSFERIR PARTE DE ESTE CALOR A UNA FUENTE FRIA.

Q2

T2

El motor de Carnot


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T1

Q1

W

Q2

T2

LA SEGUNDA LEY VISTA A TRAVES DE LAS MAQUINAS DE CARNOT

Clausius

W NO PUEDE SER CERO.

NO SE PUEDE TRANSFERIR (SIN INYECTAR TRABAJO) CALOR DE UNA FUENTE FRIA A UNA FUENTE CALIENTE

La heladera de Carnot


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T1

Q1

W

Q2

T2

FLUJO DE Q DE FUENTE CALIENTE A FRIA (PERMITIDO)

PERO NO TIENE VUELTA

PROCESOS IRREVERSIBLES: Aquellos cuya vuelta (sin sacar energía de algún otro lado) es imposible por la segunda ley.

T1

Q1

W

Q2

T2

CONVERSION DE TRABAJO EN CALOR

FRICCION (PERMITIDO)

PERO NO TIENE VUELTA


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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

Hay otra cantidad que se conserva:

Q2

T2

El motor de Carnot


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6 ) La síntesis: Una teoría microscópica

Una descripción fenomenológica de la materia extensa

  • LEY1En cualoquier proceso, la energia total del universo permanece constante.

  • LEY2 Ningun proceso que opere en un ciclo produce como unico efecto la sustraccion de una cantidad positiva de trabajo de un reservorio para producir una cantidad equivalente de trabajo.

  • LEY3La entropia de un sistema converge a un valor constante cuando la temperatura se acerca al cero absoluto.

Rudolf Julius Emanuel Clausius

(1822)


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Q1

Q1

¿cuánto aumenta la entropía si inyecto calor Q1?

LA ENTROPIA ES UNA ENERGIA PONDERADA POR 1/T

Desordenar (calentar) un cuarto (gas) limpio (a baja temperatura) aumenta mas el desorden del mundo (la entropía) que desordenar un cuarto que ya estaba desordenado.


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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


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¿qué pasa con la entropía si se quita el separador?

En un gas ideal, esta ecuación puede integrarse y el resultado es bastante ilustrativo.


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LA MAQUINA INFINITA

T1

¿qué me impide ciclar el ciclo de

Carnot ad eternum? No será la maquina perfecta pero le puedo dar vueltas y vueltas y seguir sacando trabajo de una parte del calor.

Q1

W

Q2

T2

El motor eterno de Carnot: Dele las vueltas que sea necesarias para el trabajo que se le antoje.


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“MULTIVAC”: LA ULTIMA PREGUNTA


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El 14 de mayo del 2061

Poco a poco «Multivac» aprendió a contestar más fundamentalmente a preguntas profundas, y el 14 de mayo de 2061, lo que había sido una teoría, se hizo realidad.

Se almacenó la energía del sol, transformada y utilizada directamente a escala planetaria.

Toda la Tierra dejó de quemar carbón y de fisionar uranio, bastaba bajar la clavija que lo conectaba a una pequeña estación de kilómetro y medio de diámetro que giraba alrededor de la Tierra a media distancia de la Luna. Todo en la Tierra se hacía mediante rayos de energía solar.


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¿Hay energía para siempre?

-Es asombroso cuando uno lo piensa -comentó Adell. ... Toda la energía que podamos utilizar por siempre jamás.

Lupov meneó la cabeza. Era un gesto que hacía cuando quería contradecir ... -Para siempre, no -afirmó.

-Vaya, casi para siempre. Hasta que el sol se apague, Bert.

-Pero eso no es para siempre.

-Está bien, hombre. Miles de millones de años, veinte mil millones quizás. ¿Estás satisfecho?

Lupov se pasó los dedos por su escasa cabellera como para asegurarse de que aún le quedaba algo de pelo y sorbió lentamente su bebida: -Veinte mil millones no es para siempre.


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¿Puede bajar la entropía? ¿Se puede revitalizar el sol?

-Pregunta a «Multivac». Te desafío. Apuesto cinco dólares a que te dice que no puede hacerse.

Adell estaba lo suficientemente bebido como para intentarlo, y lo bastante sobrio como para marcar los símbolos y operaciones necesarias para formular una pregunta que, dicha en palabras, sería más o menos: ¿Será capaz la Humanidad, algún día, prescindiendo del gasto de energía, de devolver al Sol su vitalidad incluso después de haber muerto de vejez? Quizá podría plantearse más simplemente así: ¿Cómo puede la cantidad neta de entropía del universo ser masivamente disminuida?

«Multivac» siguió muerta y silenciosa. Cesó el lento parpadear de luces ... Precisamente cuando los aterrorizados técnicos sintieron que no podían contener el aliento, un súbito renacer del teletipo agregado a «Multivac» hizo aparecer cinco palabras:

DATOS INSUFICIENTES PARA RESPUESTA ESPECÍFICA.


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LA HISTORIA CICLICA: En el preludio del exilio de la tierra, un tiempo después

-La entropía, pequeña, es una palabra que significa la cantidad de desgaste del Universo. Todo se acaba, como tu pequeño robot walkietalkie, ¿te acuerdas?

-¿Y no se le puede poner una pila nueva, como a mi robot?

-Las estrellas son lo equivalente a la pila, cariño. Una vez se acaban, ya no habrá más unidades de energía.

Jerrodette I se puso a gritar: -No las dejes, papá. No dejes que se acaben las estrellas.

-¿Ves lo que has hecho? -murmuró Jerrodine, exasperada.

-¿Cómo iba a saber yo que se asustarían? –respondió Jerrodd.

-Pregunta a «Microvac» -lloriqueó Jerrodette I-. Pregúntale cómo volver a encender las estrellas.


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DOS MAQUINAS IMPOSIBLES FAMOSAS.

UN HORIZONTE PARA LO QUE VIENE


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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?


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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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1 ) Entendimiento microscópico de la termodinámica

Una descripción fenomenológica de la materia extensa

Thoughts on the Mental Functions (1843)

P=Nm<v2>

John James Waterson

(1811)

Bases de la teoría cinética de los gases y del teorema de equiparticion. Puente entre lo microscópico y lo microscópico.


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1 ) Entendimiento microscópico de la termodinámica

Una descripción fenomenológica de la materia extensa

“Molecules” Nature, Sept. 1873, pp. 437-441

P=Nm<v2>

James Clerk Maxwell

(1873)

Bases de la teoría cinética de los gases y del teorema de equiparticion. Puente entre lo microscópico y lo microscópico.


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