martes, 25 de junio de 2024

Biofísica 3 Termodinámica (20) 47. Segundo principio

Una bolsa de arena de 5 kg, originalmente en reposo, se deja caer desde una altura de 6 m hasta el piso, choca contra él y se detiene. La bolsa, el piso y la atmósfera están inicialmente a 27 ºC. En este proceso:


a)     ¿Se conserva la energía del universo? Explique

 

La energía del universo se conserva.

 

∆Ep = ∆Ub + ∆Um

 

donde

∆Ep = variación de la energía potencial gravitatoria

∆Ub = variación de la energía interna de la bolsa

∆Um = variación de la energía interna del medio

 

La energía no se destruye (no se puede destruir) se transforma. Se transforma de energía potencial (a 6 m de altura) a energía calórica (cuando choca contra el piso)

 

b)    ¿Se mantiene constante la entropía del universo? Explique.

 

El proceso es irreversible à entropía del universo aumenta


c)     ¿Se podría hacer descender la bolsa de arena en forma reversible?, ¿cómo?

 

NO.

Se podría hacer descender la bolsa atada a una soga, que pasa por una polea. En el otro extremo de la soga hay un cuerpo de 5 kg. La bolsa va a descender en un estado de equilibrio permanente y en cualquier momento se puede volver a subir la bolsa (la reversibilidad).

Este “aparato” minimiza el aumento de entropía en la ida y en la vuelta, poco va a aumentar.



d)    Suponiendo despreciable la deformación de la bolsa y tratando al piso y a la bolsa como fuente térmica infinita, estime la variación de entropía del universo.

 

 ΔSU = ΔSb + ΔSM

 

Donde

ΔSU = variación de entropía del universo la arena

ΔSb = variación de la entropía de la bolsa = 0

ΔSM = variación de la entropía del medio = Q / T

Q = calor cedido por la bolsa al caer = ∆Ep

∆Ep = variación de la energía potencial = m g h

m = masa de la bolsa = 5 kg

g = aceleración de la gravedad =10 m/s2

h = altura = 6 m

T = temperatura del ambiente = 27ºC + 273 = 300 K

 

Reemplazando

ΔSU = 0 + (5 kg 10 m/s2 6 m) / 300 K =  1 J/ K

 

 

 

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