En las entradas anteriores hemos hecho el viaje conceptual desde la Termodin\u00e1mica y su definici\u00f3n de trabajo hasta la Mec\u00e1nica, donde esa definici\u00f3n adquiere un nuevo ropaje.<\/p>\n
Pues ahora vamos a regresar, vamos a volver a cruzar el puente en el sentido inverso a como lo hicimos anteriormente y a partir de la definici\u00f3n del trabajo mec\u00e1nico vamos a deducir otras formulaciones alternativas para el trabajo que nos van a dar una visi\u00f3n m\u00e1s general y m\u00e1s completa de este concepto seminal en la Teor\u00eda F\u00edsica.<\/p>\n
Y este regreso viene marcado por el propio desarrollo hist\u00f3rico de la Termodin\u00e1mica. Los ingenieros del siglo XIX estaban muy interesados en el dise\u00f1o y perfeccionamiento de las m\u00e1quinas de combusti\u00f3n interna, o sea los motores de los coches actuales o la propia m\u00e1quina de vapor. Esos motores pueden operar bajo distintos ciclos que dan lugar a la diversidad de motores existentes. Por citar los dos m\u00e1s conocidos: el ciclo Diesel , de los motores que funcionan con gasoil y el ciclo Otto de los motores que funcionan con gasolina.<\/p>\n
La cuesti\u00f3n clave es la siguiente: \u00bfC\u00f3mo puedo obtener la m\u00e1xima potencia de una m\u00e1quina fijada la cantidad de combustible empleado? o de manera abreviada: \u00bfC\u00f3mo se puede aumentar el rendimiento de una m\u00e1quina? Esta pregunta orient\u00f3 el trabajo de muchos cient\u00edficos e ingenieros en los inicios de la Termodin\u00e1mica y surgieron muchas respuestas parciales al tema. Por ejemplo: para aumentar el rendimiento de la m\u00e1quina de vapor, \u00bfes\u00a0 mejor elevar la temperatura de la caldera o aumentar la presi\u00f3n del vapor generado? No se pueden aumentar las dos a la vez, porque aquello explota. \u00bfO quiz\u00e1 sea mejor usar gasolina en lugar de carb\u00f3n? \u00bfy si aumentamos el di\u00e1metro del tubo de escape o de la chimenea? El asunto no tenia una respuesta clara.<\/p>\n
La contribuci\u00f3n de Carnot fu\u00e9 decisiva par solventar estas cuestiones pues es la m\u00e1s importante a un nivel te\u00f3rico.<\/p>\n
Este franc\u00e9s, ya en 1820,\u00a0 ide\u00f3 el concepto de transformaci\u00f3n reversible, aut\u00e9ntica piedra angular de toda la teor\u00eda termodin\u00e1mica. Su inspiraci\u00f3n fue el funcionamiento de las ruedas hidr\u00e1ulicas de los molinos de agua (su padre era constructor de tales m\u00e1quinas). El funcionamiento \u00f3ptimo de la rueda hidr\u00e1ulica se produce cuando el agua fluye lentamente por ella, sin formar remolinos ni salpicaduras. Fijada la altura y el caudal del agua la \u00fanica manera de mejorar el rendimiento es dise\u00f1ando los cajetines de la rueda de tal manera que minimicen rozamientos, remolinos y salpicaduras. El que la rueda est\u00e9 hecha de madera de roble o de pino no influye para nada en el rendimiento.<\/p>\n
Por analog\u00eda, Carnot dedujo que un motor obtendr\u00eda su m\u00e1ximo rendimiento de una manera similar, y siguiendo con la analog\u00eda supon\u00eda que el \u00abcal\u00f3rico\u00bb hac\u00eda en los motores el mismo papel que el agua en la rueda, que el cal\u00f3rico ca\u00eda desde una temperatura m\u00e1s alta hacia otra m\u00e1s baja y que el motor atrapaba trabajo en esa ca\u00edda, igual que la rueda atrapa trabajo de la ca\u00edda del agua.<\/p>\n
Su an\u00e1lisis est\u00e1 basado en la representaci\u00f3n de las transformaciones reversibles en un diagrama Presi\u00f3n-Volumen a la manera en que otro cient\u00edfico franc\u00e9s, Clapeyron, hacia por aquellas fechas. Su resultado es que: rendimiento max = 1 – Cal\u00f3rico absorbido el foco caliente\/Cal\u00f3rico desprendido en el foco frio<\/p>\n
No os confund\u00e1is, el \u00abcal\u00f3rico\u00bb de Carnot no se parece mucho al calor en el sentido moderno del t\u00e9rmino, pero su analog\u00eda se sostiene y el ciclo reversible que \u00e9l ide\u00f3 proporciona el m\u00e1ximo rendimiento posible para cualquier motor que funcione entre dos temperaturas fijas, sea cual sea su dise\u00f1o o el combustible que use al igual que el rendimiento de la rueda no depende del tipo de madera que se emplee en su construcci\u00f3n.<\/p>\n
Los razonamientos de Carnot fueron reelaborados a mediados del siglo XIX por Lord Kelvin y son el fundamento de su propia versi\u00f3n del segundo principio de la Termodin\u00e1mica: no es posible fabricar ninguna m\u00e1quina t\u00e9rmica que mejore el rendimiento de una m\u00e1quina de Carnot\u00a0 y cuya valor se calcula as\u00ed: rendimiento max = 1- (Tfria<\/sub>\/Tcaliente<\/sub>). (La Temperatura T tiene que estar medida en la escala Kelvin, pues precisamente Kelvin se vali\u00f3 del ciclo de Carnot para definir su escala de temperaturas absolutas y de paso corregir la presencia incorrecta del cal\u00f3rico en la f\u00f3rmula de Carnot).<\/p>\n Ning\u00fan motor real puede funcionar mediante transformaciones reversibles, luego los ingenieros ten\u00edan un techo que no se pod\u00eda superar, pero si intentar alcanzar. Era necesario para ello analizar los ciclos de los\u00a0 motores a la manera de Carnot y Clapeyron, haciendo uso de un diagrama P-V, pero ahora ya ten\u00edan a su disposici\u00f3n una teor\u00eda mas o menos completa de la Termodin\u00e1mica. Pero esa historia os la cuento otro d\u00eda.<\/p>\n <\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":" En las entradas anteriores hemos hecho el viaje conceptual desde la Termodin\u00e1mica y su definici\u00f3n de trabajo hasta la Mec\u00e1nica, donde esa definici\u00f3n adquiere un nuevo ropaje. Pues ahora vamos a regresar, vamos a volver a cruzar el puente en el sentido inverso a como lo hicimos anteriormente y a partir de la definici\u00f3n del… Seguir leyendo A\u00fan queda trabajo por hacer.<\/span><\/a><\/p>\n","protected":false},"author":756,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[2],"tags":[],"class_list":["post-176","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-termodinamica","entry"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/edublog.educastur.es\/fisicaenelibq\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/176","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/edublog.educastur.es\/fisicaenelibq\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/edublog.educastur.es\/fisicaenelibq\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/edublog.educastur.es\/fisicaenelibq\/wp-json\/wp\/v2\/users\/756"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/edublog.educastur.es\/fisicaenelibq\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=176"}],"version-history":[{"count":6,"href":"https:\/\/edublog.educastur.es\/fisicaenelibq\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/176\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":199,"href":"https:\/\/edublog.educastur.es\/fisicaenelibq\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/176\/revisions\/199"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/edublog.educastur.es\/fisicaenelibq\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=176"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/edublog.educastur.es\/fisicaenelibq\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=176"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/edublog.educastur.es\/fisicaenelibq\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=176"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}