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Contenido principal
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Transcripción del video

vamos a empezar con este sistema clásico al cual me estado refiriendo en los vídeos de termodinámica y digamos que tengo este cilindro tiene un pequeño pistón encima de él que es un techo que se puede mover y que el gas que estamos pensando dentro es un gas ideal mono atómico y que está ejerciendo cierta presión en el techo ok y la razón por la cual el techo no se está moviendo es porque tengo un montón de piedritas de rocas en el que están ejerciendo una presión hacia abajo es decir una fuerza por mira de área y empiezo con este gas en el equilibrio digamos que tiene cierto volumen presión y que también tiene una temperatura y esas tres están bien definidas lo que voy a hacer ahora es colocar este sistema aquí lo voy a poner encima de un depósito de calor digamos ya hablé un poco de eso en un en vídeos anteriores y lo pueden pensar como algún objeto infinitamente grande que dé una cierta temperatura ok entonces si lo ponemos encima de él digamos que empiezo a mover los granitos de piedra ajá y aprendimos en algunos vídeos que si lo hacemos de forma diabética si vamos quitando estas piedritas el volumen incrementa la presión baja y de hecho la temperatura también baja y mostramos también en algunos vídeos anteriores que al poner este depósito aquí abajo en realidad el sistema se mantiene a la misma temperatura la temperatura de uno y puedes pensar que este depósito digamos por ejemplo no sé que tenemos una taza con agua en un estadio y que en el estadio hay aire acondicionado que está a 60 grados bueno no importa lo que haga con el agua verdad la puedo poner en el horno de microondas calentarlo y después no importa el estadio va a seguir a 60 grados verdad y puedes pensar bueno a lo mejor la temperatura del depósito y baja pero es tan grande que su impacto no se puede no se puede notar ok por ejemplo la tasa de agua hirviendo si la metemos en el estadio el agua se va a volver más fría y el ambiente del estadio realmente se va a mantener igual ok bueno en realidad es que no vamos a notar algún cambio verdad y teóricamente esto lo podemos hacer infinito de un tamaño infinito entonces esto va a mantener la temperatura constante y recordemos qué y eso va a mantener también va a mantener la energía interna constante entonces vamos a ver qué pasa si seguimos quitando estas piedritas llegamos a cierto punto ok donde mi volumen ha incrementado así que déjenme borrar algunas de estas piedras ok vamos a borrar algunas de estas piedras ya algunas se fueron ok y todo mi volumen va a ser mayor así que si movemos esto un poco hacia arriba déjenme colorear esto de negro también oops aunque que está ya lo ponemos de negro así que nuestro volumen ha incrementado un poco y ponerlo ya con la herramienta que necesito entonces el volumen ha aumentado bastante hasta esta altura y tenemos que las partículas están chocando cada vez con menor frecuencia en el techo verdad por qué aquí sí tenemos este depósito durante todo este tiempo la temperatura se ha mantenido a 1 a 1 verdad y eso es por el depósito de calor que teníamos y por supuesto esto es un proceso cuasi estático porque lo estamos haciendo muy muy lento el sistema está siempre en un equilibrio que se va cambiando poco a poco así que vamos a dibujar nuestro famoso diagrama de presión volumen aunque digamos este es el eje de de la presión de la p este es el eje del volumen vamos a etiquetarlos en el tape y déjenme llamar a este vamos a hacerlo en otro color vamos a poner este el estado a es del estado de del sistema así que el estado a digamos así esta cierta presión y volumen por ahí ok y se mueve al estado b y noten que como como estoy manteniendo la temperatura constante como vimos en el vídeo anterior bueno esto se va a recorrer hasta el estado ve a lo largo de la historia que es una hipérbola verdad porque cuando la temperatura es constante la presión por el volumen es constante y eso simplemente es el recorrido de una hipérbole entonces digamos que se mueve de esta forma el estado ve ok voy a moverme al estado ve aquí y todo el tiempo tenemos la misma temperatura de 1 ahora hemos hecho un montón de vídeos hasta ahora en donde decimos que bueno cuánto trabajo generamos que es hoy realmente el área debajo de la curva así que tiene a lo mejor algún trabajo positivo baja porque nos movemos en dirección digamos hacia la derecha porque hay de izquierda a derecha y el trabajo que realizamos es sería sería el área debajo de esta curva ok el área debajo de la curva realizado por el sistema desde a hasta b entonces el trabajo desde a hasta le vamos a denotar lo así ok de todo eso está bien pero lo que quiero pensar es también cuánto calor transferimos al sistema y recordemos que como este este depósito siempre está a temperatura de 1 eso hace que el sistema se mantenga la misma temperatura y bueno sea fácil responder cuánto calor hemos agregado porque el cambio en la energía interna es igual al calor agregado - el trabajo realizado por el sistema ahora cuál es el cambio en la energía interna bueno como la temperatura es constante todo el tiempo entonces y bueno además es un gas ideal y todos los demás que ya hemos hablado entonces la temperatura interna es más bien la temperatura del sistema no cambia es decir la energía cinética tampoco cambia y por lo tanto la energía interna - cambia y entonces realmente tenemos que el cambio es cero y eso es igual al calor menos el trabajo realizado por el sistema muy bien de aquí podemos concluir que el calor que agregamos es igual es igual al trabajo realizado por el sistema del estado a al estado b y tiene sentido verdad el sistema estaba haciendo cierto trabajo todo este tiempo y estaba cediendo energía bueno ya saben no estaba cediendo esencialmente energía a las rocas a través de energía potencial y estaba dando energía hacia afuera así que para que la energía interna se mantenga tengo que darle energía y eso se hace a través de calor ok y que es a través de este depósito que está temperatura de 1 ok entonces aquí lo podemos ejemplificar con una flecha y le ponemos el kun o esto esto está indicando que hay cierta energía que le estamos metiendo al sistema muy bien entonces ahora vámonos de este sistema ve ok y vamos a quitar el depósito de calor ok así que no hay forma en que el calor pueda transferirse al sistema y quitemos aún más piedras ok seguimos quitando más piedritas ya dónde llegamos déjenme ponerlo aquí digamos que seguimos quitando un buen de roquetas y déjenme desquitar todavía más de estas rocas que teníamos en ve porque quizás sólo nos quedamos con una y obviamente el volumen total habrá incrementado un buen ok déjenme poner que este pistón ha subido ya bastante digamos todo esto mucho más alto ahora ok déjenme rellenar esto con un color negro solo para que no se vea un espacio ahí vacío verdad ok déjenme rellenar ok ya está ahí relleno debería usar usar debería usar el azul para quitar esto esto parece más clase de dibujo más que de termodinámica verdad pero bueno no importa agregamos las partículas que sean necesarias entonces mi presión habrá bajado porque ya las partículas chocan menos con los muros y debido a esto el volumen también incrementó pero qué le pasó a la temperatura mi temperatura va a bajar verdad porque todo esto fue un proceso a diabético y en un proceso a diabético que eso significa que está aislado el sistema no hay un intercambio de calor hacia afuera ni hacia adentro entonces déjenme conectar estos sistemas con esta con esta marca que dice a diabético y ahora como nos estamos moviendo a otra temperatura de 2 digamos que llegamos a cierta temperatura de 2 entonces nos movemos a otra isoterma esta es la isoterma correspondiente a la temperatura de 1 es decir esta hipérbola corresponde a que a lo largo de esa la temperatura es constante y este 1 pero ahora nos movemos a otra temperatura a otra isoterma digamos que aquí tengo la isoterma de 2 que se vea digamos algo así ok debería acordar la un poco más verdad para que se vea hipérbola así que digamos que esta es la temperatura t 2 es decir la presión y el volumen se conservan perdón presión y volumen conservan una temperatura de 2 a lo largo de esa curva y entonces si bajamos bajamos del estado ve a otro estado sé que es este último que pinte ok entonces quién sabe cómo se mueve déjenme lo hago con otro color ok pues con este color naranja entonces nos movimos quién sabe cómo pero llegamos a un estado c ok esto fue un proceso a diabético ok que significa que no hay intercambio de calor con él con el medio exterior así que no tenemos calor que lo transferimos ni hacia fuera ni hacia adentro sin embargo aún realizamos trabajo ok podemos tomar el área debajo de esta curva y vamos a dejarlo para futuros vídeos como como cómo podemos hacer esto es decir cuánto reducimos a través la energía a través de trabajo pero bueno nuestra energía interna se redujo porque la temperatura bajó así que la energía interna se reduce y ahora estamos en un estado ce correspondiente a la temperatura de 2 vamos a poner otro otro cilindro aquí ok vamos a poner solo lo voy a copiar y pegar pero este cilindro lo que va a tener es un depósito que déjenme poner estos dos aquí ok entonces este cilindro vamos a agregarle o más bien vamos a borrar estas estas piedras de aquí arriba y vamos a borrarle muchas de estas y vamos a ahora agregar unos bloques de estos ok es decir estamos en el estado ce y vamos a ir agregando bloques ok de forma isotérmica es decir vamos a tener que agregar un depósito aquí no es el mismo depósito que teníamos del proceso a albe va a ser otro otro nuevo depósito y va a tener una temperatura distinta déjenme poner lo mejor en azul porque aquí que está ocurriendo ahora estoy agregando granitos de arena y estoy comprimiendo el gas si esto fuera un proceso diabético entonces la temperatura subiría lo que estoy haciendo es poner este depósito de calor en la temperatura de dos dedos para que este proceso sea isotérmico entonces pueden ver que realmente es este un depósito frío así que puedes imaginar que el calor generado en el sistema o la energía interna generada bueno no debería decirlo así sino que la temperatura del sistema va a querer subir porque se está liberando a través del depósito y eso es una cantidad q2 verdad así que nos movemos a lo largo de esto ok a través de un proceso isotérmico a lo largo de esta curva isoterma ok hasta que lleguemos al estado d ya estamos casi ahí este es el estado de así que el estado de va a estar a lo mejor en algún lugar en esta en esta curva y ahí por ejemplo y otra vez podemos tener el argumento de que nos movemos a lo largo de esta curva isoterma porque no daríamos la temperatura ok entonces sabemos que la energía interna que fue debe hace el cambio pero desea de no va a cambiar porque mantenemos la temperatura fija y de hecho la temperatura este 2 porque teníamos este depósito aquí ahora si tu temperatura se mantiene igual entonces la energía también se mantiene igual al menos en este en este tipo de procesos que de hecho es el tipo de procesos más clásicos en los cursos de termodinámica entonces dada una energía interna aplicamos el mismo argumento de que el calor agregado al sistema es igual al trabajo hecho por el sistema es la misma las mismas matemáticas que hicimos la vez pocas anterior pero en este caso el trabajo hecho es hacia el sistema es decir comprimimos el pistón al agregar granitos de arena así que el trabajo fue hecho hacia el sistema ok simplemente estamos aplicando la misma idea donde nuestra energía interna no cambio es decir la delta es igual a cero y por lo tanto q es igual a w ave el calor agregado al sistema será negativo otra forma de pensarlo es que el sistema libero calor no si el sistema libero calor es porque es negativo y ponemos una q 2 aquí donde donde obtuvo donde liberó escudos pues a través de la del depósito frío ajá que está aceptando el calor del sistema ya casi llegamos ahora digamos que quitamos este depósito del sistema otra vez y está otra vez aislado ok entonces empezamos en el estado de seguimos agregando granitos de arena seguimos agregando granitos de arena hasta llegar de nuevo al estado y seguimos agregando los granitos y regresamos al estado muy bien entonces este es este es el proceso vamos bebé al punto déjenme hacerlo con otro color vamos a hacerlo con este verde entonces si seguimos agregando granitos de arena llegamos nuevamente a través de un proceso a diabético desde aaa pero vamos en sentido contrario verdad entonces un par de cosas interesantes que podemos rescatar de aquí es que como suponemos un escenario ideal no hay pérdida de fricción y entonces el pistón simplemente se mueve hacia arriba o hacia abajo porque no se pierde calor y también podemos decir que hemos alcanzado nuestra energía interna original de hecho esta es una de las propiedades de este experimento que hemos hecho y que se refleja en el diagrama de presión volumen verdad tenemos la misma presión el mismo volumen la misma temperatura que como empezamos así que hemos completado un ciclo y este ciclo en particular que es muy importante y que se llama el ciclo de carnota se llama es llamado así debido al ingeniero francés carbón ok que estaba buscando cosas cómo poder optimizar algunos algún funcionamiento de algunos motores vamos a tratar de entender realmente lo que es la entropía a través de estos ejemplos porque se utiliza mucho en las clases de química y bueno es a veces hasta difícil definirlo o incluso medirlo y lo que vamos a hacer es tratar de entender los primeros conceptos de entropía de cómo vienen y cómo se relacionan con moderna con nociones modernas de ella ahora un sistema que completa un ciclo de carne es llamado en una máquina de carne así que nuestro pequeño pistón aquí está moviéndose hacia arriba y hacia abajo y tú podrías decir oye esto no parece como una gran máquina verdad y la verdad es que tendría razón realmente no es es es una máquina útil en un sentido teórico porque nos permite entender cómo el calor se transfiere a una máquina y guía de y quiero quiero adentrarme más en esta idea del cilindro al que se le transfiere cierto calor y que existe el sistema también transfiere calor hacia afuera de una forma más pequeña verdad del otro depósito así que este sistema estaba le estaban transfiriendo calor a través del primer depósito de una de un depósito muy caliente al sistema y en el proceso después que fue lo que ocurrió pues que realizó un trabajo que de hecho es el área debajo del del ciclo verdad o más bien dentro del ciclo en este es el trabajo realizado por la máquina de carne y la forma de pensar esto es que cuando vamos de ave es calculamos el área debajo de esa curva después de verse también hacemos lo mismo y cuando hacemos de c a d en realidad hay que quitar área de hecho también desde a en realidad estamos quitando área porque vamos en un sentido contrario ok entonces en realidad estamos tomando estamos empezando digamos tenemos aquí nuestro depósito de 1 hoy tenemos el depósito t1 y después tenemos aquí nuestra máquina que puede ser un motor por ejemplo y que está conectado también bueno uno es el calor que se transfiere desde t1 y genera cierto trabajo ok y este trabajo se representa por la cantidad o el área dentro de nuestro ciclo y también lo transfiere a q2 que es esencialmente un depósito frío aunque entonces aquí tenemos la temperatura de 2 y transfiere un calor q2 ok la diferencia entre 1 y q2 puedes ver que si tenemos más calor viniendo que el que se sale entonces si genera un trabajo literalmente entonces uno menos q 2 es igual al trabajo que realizó ok y de hecho este es un buen momento para enfatizar que el calor y el trabajo no son variables de estado verdad las variables de estado tienen que tener la misma el mismo valor a lo largo de cuando es cuando estamos en el equilibrio realmente aquí estamos hablando de trabajo hecho o calor inyectado al sistema y no es una propiedad inherente de una variable de estado inherente al sistema no podemos decir ah mira el sistema tiene tanto calor tanto trabajo si no son cantidades que se agregan o se quitan de del sistema o también podríamos hablar del trabajo que fue hecho para o por el sistema de cualquier forma los quiero dejar con eso hasta ahorita vamos a estudiar esto mucho más pero la parte importante es que no te confundas con esto en termodinámica te invito a que incluso hagas este mismo vídeo tú mismo es decir que agarres papel y lápiz y hagas exactamente todo igual para que comprendas realmente el concepto de la máquina de carnet que vamos a utilizarlo también que entiendan los procesos a diabéticos los hizo térmicos entendiendo eso va a ser mucho más fácil entender el concepto de entropía mucho más intuitivo y sobre todo no tan confuso