En termodinámica , la disipación es el resultado de un proceso irreversible que tiene lugar en sistemas termodinámicos homogéneos . En un proceso disipativo, la energía ( interna , cinética de flujo masivo o potencial del sistema ) se transforma de una forma inicial a una forma final, donde la capacidad de la forma final para realizar trabajo mecánico es menor que la de la forma inicial. Por ejemplo, la transferencia de calor es disipativa porque es una transferencia de energía interna de un cuerpo más caliente a uno más frío. Siguiendo la segunda ley de la termodinámica , lala entropía varía con la temperatura (reduce la capacidad de la combinación de los dos cuerpos para realizar trabajo mecánico), pero nunca disminuye en un sistema aislado.
Estos procesos producen entropía a cierta velocidad. La tasa de producción de entropía multiplicada por la temperatura ambiente da la potencia disipada . Ejemplos importantes de procesos irreversibles son: flujo de calor a través de una resistencia térmica , flujo de fluido a través de una resistencia de flujo, difusión (mezcla), reacciones químicas y flujo de corriente eléctrica a través de una resistencia eléctrica ( calentamiento Joule ).
Definición
Los procesos disipativos termodinámicos son esencialmente irreversibles. Ellos producen entropía a una velocidad finita. En un proceso en el que la temperatura se define localmente de forma continua, la densidad local de la tasa de producción de entropía multiplicada por la temperatura local da la densidad local de potencia disipada. [¡Definición necesaria!]
Una ocurrencia particular de un proceso disipativo no puede ser descrita por un solo formalismo hamiltoniano individual . Un proceso disipativo requiere una colección de descripciones hamiltonianas individuales admisibles, exactamente cuál describe la ocurrencia particular real del proceso de interés siendo desconocida. Esto incluye la fricción y todas las fuerzas similares que dan como resultado la descodificación de la energía, es decir, la conversión del flujo de energía coherente o dirigido en una distribución de energía indirecta o más isotrópica .
Energía
"La conversión de energía mecánica en calor se llama disipación de energía". - François Roddier [1] El término también se aplica a la pérdida de energía debida a la generación de calor no deseado en circuitos eléctricos y electrónicos.
Física computacional
En física computacional , la disipación numérica (también conocida como "difusión numérica") se refiere a ciertos efectos secundarios que pueden ocurrir como resultado de una solución numérica a una ecuación diferencial. Cuando la ecuación de advección pura , que está libre de disipación, se resuelve mediante un método de aproximación numérica, la energía de la onda inicial puede reducirse de manera análoga a un proceso de difusión. Se dice que tal método contiene "disipación". En algunos casos, se agrega intencionalmente "disipación artificial" para mejorar las características de estabilidad numérica de la solución. [2]
Matemáticas
Una definición matemática formal de disipación, como se usa comúnmente en el estudio matemático de sistemas dinámicos que preservan la medida , se da en el artículo conjunto errante .
Ejemplos de
En ingeniería hidráulica
La disipación es el proceso de convertir la energía mecánica del agua que fluye hacia abajo en energía térmica y acústica. Se diseñan varios dispositivos en los lechos de los arroyos para reducir la energía cinética de las aguas que fluyen para reducir su potencial erosivo en las orillas y los fondos de los ríos . Muy a menudo, estos dispositivos parecen pequeñas cascadas o cascadas , donde el agua fluye verticalmente o sobre riprap para perder algo de su energía cinética .
Procesos irreversibles
Ejemplos importantes de procesos irreversibles son:
- Flujo de calor a través de una resistencia térmica
- Flujo de fluido a través de una resistencia al flujo
- Difusión (mezcla)
- Reacciones químicas [3] [4]
- Flujo de corriente eléctrica a través de una resistencia eléctrica ( calentamiento Joule ).
Ondas u oscilaciones
Las ondas u oscilaciones pierden energía con el tiempo , generalmente por fricción o turbulencia . En muchos casos, la energía "perdida" eleva la temperatura del sistema. Por ejemplo, se dice que una onda que pierde amplitud se disipa. La naturaleza precisa de los efectos depende de la naturaleza de la onda: una onda atmosférica , por ejemplo, puede disiparse cerca de la superficie debido a la fricción con la masa terrestre, y en niveles más altos debido al enfriamiento radiativo .
Historia
El concepto de disipación fue introducido en el campo de la termodinámica por William Thomson (Lord Kelvin) en 1852. [5] Lord Kelvin dedujo que un subconjunto de los procesos disipativos irreversibles antes mencionados ocurrirá a menos que un proceso esté gobernado por una "termodinámica perfecta motor". Los procesos que identificó Lord Kelvin fueron la fricción, la difusión, la conducción del calor y la absorción de la luz.
Ver también
- Producción de entropía
- Control de inundaciones
- Principio de máxima entropía
- Gas bidimensional
Referencias
- ^ Roddier F., Thermodynamique de l'évolution (La termodinámica de la evolución) , ediciones de libertad condicional, 2012
- ^ Thomas, ecuación diferencial parcial numérica de JW: métodos de diferencias finitas. Springer-Verlag. Nueva York. (1995)
- ^ Glansdorff, P., Prigogine, I. (1971). Teoría termodinámica de la estructura, estabilidad y fluctuaciones , Wiley-Interscience, Londres, 1971, ISBN 0-471-30280-5 , p. 61.
- ^ Eu, BC (1998). Termodinámica del desequilibrio: método de conjunto , Kluwer Academic Publications, Dordrecht, ISBN 0-7923-4980-6 , pág. 49,
- ^ W. Thomson Sobre la tendencia universal en la naturaleza a la disipación de la energía mecánica Revista filosófica, Ser. 4, pág. 304 (1852).