Hola, escritores de Quora. ¿Alguna vez te encontraste con una pregunta en una de tus áreas de especialización que parecía muy simple, por lo que la responderías porque solo tomaría unos minutos para hacerlo? Este fue uno de esos para mí, pero hmmm … Esta es una pregunta mucho más complicada de lo que parece al principio con una lectura rápida y superficial. Así que dos horas después aquí estoy dando los toques finales a esta respuesta …: 0)
Creo que hay dos formas de responder a la pregunta: ¿Cuál es la forma más eficiente de mover el calor ?, en uno de estos métodos estás luchando contra los dientes viciosos de la 2da Ley de la Termodinámica y en el otro, te estás haciendo amigo con la segunda ley y dejar que funcione para usted.
La manera fácil y natural, en sistemas que producen su propio calor interno, como motores de automóviles y sistemas naturales (seres vivos, el sol, planetas, etc.) simplemente los deja en paz y la 2da Ley irradiará su calor a otro lado, se mueve de manera natural y eficiente, incluso cuando ese sistema produce más calor interno, hasta que un día ya no lo produce.
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Pero también existe una forma mucho más difícil y forzada en ciertos sistemas no naturales, como interiores de edificios, interiores de autobuses, alimentos en el refrigerador, etc. Aunque muchos sistemas producen su propio calor interno utilizando una fuente de energía u otra, otros lo hacen no del todo y tenemos que luchar contra la 2da Ley de la Termodinámica en cada paso del camino para que el calor se mueva o se elimine (cuando eliminas el calor, también lo mueves, porque la Primera Ley de la Termodinámica nos dice que la energía nunca puede ser destruido, solo puede moverse o cambiar de forma).
La segunda ley es bastante fácil de entender si se sigue la definición que generalmente uso: la segunda ley: nunca hay un almuerzo gratis .
Dejame explicar.
Si quieres eliminar el calor de un objeto, puedes hacerlo como yo cuando cocino un trozo de pollo para mi gato. Es un pequeño impaciente, la carne está caliente, así que la puse en el congelador por un minuto para que no se queme los pequeños labios de gatito: comienza un intercambio de calor termodinámico, y la carne caliente rápidamente comienza a equilibrarse con el congelador — aunque generalmente no lo suficientemente rápido como para complacer al gato Pookie.
Si desea mover rápidamente el calor del agua caliente, intente verterlo en un recipiente con nitrógeno (líquido) muy frío. Observe qué tan rápido ocurre esto:
Este niño casi instantáneamente produjo una nube que cubría todo un valle, LOL.
Si quisieras conectar esto a una fórmula termodinámica simple como S = Q / T donde S es la entropía del agua del niño, Q es el contenido de calor del agua y T es la temperatura del entorno, habrías visto que T no cambió tanto, pero Q, el contenido de calor del agua (y Q se expresa en grados Kelvin, por lo que puede ver que Q es solo otra temperatura) se habría hundido. Entonces la entropía también lo habría hecho, casi al instante.
Pero tenga en cuenta que el niño puso mucha energía en reducir la entropía de este sistema: el agua, aunque puede haber sido un problema de equidad, por así decirlo. Él redondeó el nitrógeno y el agua, pasó tiempo cargando todo esto, vertiéndolo todo junto, usó energía para hervir el agua, e incluso pudo haber gastado energía para hacer nitrógeno líquido en el hogar, lo cual no es tan difícil de hacer. Ese nitrógeno líquido y agua caliente no saltaron mágicamente juntos … esto habría violado la 2da Ley, habría sido un almuerzo gratis.
Así también, puede ver que el objeto del que desea mover el calor se describe mejor como un objeto del que desea reducir la entropía.
Si quiero mover el calor en sistemas no naturales, como mi automóvil o mi casa en un día caluroso de verano, tengo que reducir la entropía dentro de ellos. Ese calor no se irradiará naturalmente a un área aún más caliente, los exteriores de estos objetos, de hecho, lo contrario es cierto: simplemente se calientan a medida que se equilibran con su entorno. Y la única forma en que puedo reducir la entropía en un sistema termodinámico no natural, es agregando energía. No, nunca hay un almuerzo gratis.
Cuando coloqué el pollo de Pookie en el congelador, estaba usando electricidad para enfriar el congelador, para permitir que el pollo comenzara a reducir su entropía hasta que se equilibrara con el congelador (o más cerca de lo que estaba).
También puedo usar la energía producida por el motor de mi automóvil para alimentar un aire acondicionado que disminuirá la entropía dentro de mi automóvil. Pero con el precio de la gasolina últimamente, sheeze, esa probablemente no sea la forma más eficiente.
Por supuesto, lo contrario también podría suceder. Podría haber sido una noche fría, el interior de mi auto estaba frío, pero ahora el sol está alto y el aire exterior es mucho más cálido. No tengo que luchar contra la segunda ley en este caso porque también es esta ley la que dice que cuando un objeto frío y caliente se unen, se equilibrarán juntos. Solo abro las ventanas y dejo que la ley funcione.
Entonces, déjenme reformular su pregunta a un modo de pensamiento más científico:
¿Cuál es la forma más eficiente de reducir o aumentar la entropía de un sistema termodinámico?
Y hay dos respuestas: 1) # 1 es la forma natural: trabaje CON la 2da Ley para permitir que dos sistemas naturales se equilibren juntos … y una forma de imaginar esto, es morir naturalmente … Su cuerpo comenzará para ceder su calor al universo por sí solo (radiación), comenzará a descomponerse y eventualmente alcanzará el equilibrio perfecto con su universo sin ninguna fuente de energía. (No te recomiendo que pruebes este experimento en casa, LOL). Puedes ver cuán diferente es esto en ciertos sistemas frente a ciertos sistemas termodinámicos no naturales. En este caso, había mantenido su cuerpo como un sistema lejos del equilibrio a través de la entrada de energía (alimentos, nutrientes, etc.) Y esto fue bueno, hasta que la energía se detuvo, y luego simplemente irradió y se fue.
2), pero con otros sistemas no naturales, debe luchar contra la 2da Ley y encontrar la fuente de energía más eficiente disponible para que pueda ingresar al sistema, porque nuevamente, en termodinámica, para reducir la entropía, debe agregar energía. Por ejemplo, cuando necesito enfriar mi casa aquí en el sur, en el medio oeste, utilizo mi aire central con electricidad, que es casi todo lo que tenemos por aquí en los palos. Esta es la forma más eficiente en mi área.
Espero que eso te haya ayudado a entender la termodinámica un poco mejor. No bloqueo mis publicaciones, por lo que otras personas son bienvenidas a hablar sobre esto …
