1r ciclo Equivalencia entre tipos de energía

[Julián]

Tengo una duda con respecto a la equivalencia entre los tipos de energía. Como bien se sabe la energía es una magnitud que cuantifica la capacidad de producir un cambio pero hay diferentes tipos de cambio. Así no es lo mismo el cambio que produce una fuerza no conservativa diferente de cero en donde el cambio es en la cantidad de movimiento y por lo tanto la energía cinética que el calor que produce un cambio en la temperatura.
Que el calor tenga la misma magnitud que la energía mecánica ¿es para comodidad en el sistema de referencia o verdaderamente existe una equivalencia física?

Por ejemplo tenemos un camión de masa ${m}_{t}$ en reposo y energía mecánica cero en el SR, si mediante una fuerza no conservativa aumentamos su energía en $\Delta E = {E}_{t}$ en donde ${E}_{t}=\frac{1}{2 }{m}_{t}{v}_{t}$.

Si a un sistema aislado formado por un gas de masa total ${m}_{t}$ con temperatura en el cero absoluto (hipotéticamente por lo menos), le transferimos calor en una cantidad $\Delta E = {E}_{t}$ aumentando su temperatura. Ahora bien, se sabe que la temperatura es el promedio de la energía cinética. Si hubiera una forma en que las partículas no se muevan aleatoriamente sino que tengan una velocidad constante (tanto en módulo como en dirección) ¿la velocidad del centro de masas del sistema sería ${v}_{t}$ (la misma que el camión)? Por lo que el cambio es el mismo verdaderamente.

Sé que el experimento de joule da la relación entre el trabajo mecánico y el calor pero demuestra que un cierto sistema mecánico bajo ciertas condiciones produce una cierta variación de temperatura, a lo que yo me refiero es en la relación entre los cambios. Yo puse el ejemplo anterior pero solo como ejemplo, no me quiere referir solamente a la equivalencia entre energía mecánica y calor sino también con la equivalencia entre energía radiante, energía química, etc.

saludos.

[carroza]

Re: Equivalencia entre tipos de energía

Hola.

La energía es, cualitativamente, la posibilidad de producir cambios. La energía puede ser de varios tipos (cinética, potencial, química, térmica, nuclear, etc), y durante un proceso determinado, la energía puede pasar de un tipo a otro, pero en un sistema aislado la energía total siempre se conserva.

Por eso mismo, tiene todo el sentido del mundo usar las mismas unidades (Julios) para todos los tipos de energía.
En general, pueden diseñarse procedimientos para convertir energía de un tipo a otro (eléctrica a potencial, potencial a cinética, cinética a química, etc). Solamente hay una limitación, en que se refiere a la energía térmica. La energía térmica no puede convertirse completamente en otro tipo de energía. Esta conversión está limitada por las temperaturas del foco caliente (el que cede energía térmica) y el foco frío (el que la absorbe).

Una corrección: La temperatura no es la energía cinética media. Esto sólo es válido para gases ideales en equilibrio térmico.

Saludos

[Julián]

Re: Equivalencia entre tipos de energía

y para el caso de sistemas que no son gases ideales ¿qué es la temperatura? no encuentro otra definición ya que de por si la temperatura es una magnitud que se debe al movimiento molecular. Y es imposible cuantificar la cantidad de movimiento o energía de cada molécula en particular que conforma un sólido macroscópico por lo que se utiliza el promedio.

[carroza]

Re: Equivalencia entre tipos de energía

Hola.

La definición de la temperatura está, por ejemplo, en http://es.wikipedia.org/wiki/Tempera....C3.B3n_formal

Basicamente, cualquier cosa en equilibrio térmico con un gas ideal a temperatura T, está a temperatura T.

Si entras al significado de temperatura en mecánica estadística, un sistema con diversos estados posibles i de energía E_i estará a una temperatura T, si la distribución de probabilidad de estos estados corresponde a:

$P(i) = 1/Z \exp(-E_i/kT)$

donde Z es la función de partición y k la constante de Boltzmann.

En resumen, que para que algo esté a una temperatura T, debe de poder estar en todos sus estados posibles, con una distribución de probabilidad dada por la distribución de Maxwell-Boltzmann. O sea, que una cosa con temperatura definida no tiene energía definida.

Saludos