Otras carreras Como transformar energia mecanica en calor?

[Monoel14]

Eso, quisiera saber como transformar energia mecanica directamente en calor, sin tener que transformarla primero en energia electrica o en alguna otra clase de energia... Ya se, la forma mas obvia es utilizando la friccion, pero esto provocaria un desgaste importante a largo plazo supongo... Si no recurro a la friccion, de que otra manera podria transformar tanta energia mecanica como pueda, en calor?.... Pongamos por ejemplo no se,... la rueda de na bicicleta girando,... habria alguna forma de transformar el movimiento de esa rueda directamente en calor?... Cuanto de esa energia mecanica (o cinetica) podria transformarse en calor?

Saludos

[Elektro]

Re: Como transformar energia mecanica en calor?

Buenas.

Ese fue un asunto que descubrió Joule mediante su famoso experimento, en el cual introdujo unas aspas dentro de un recipiente de agua aislado térmicamente y las hizo girar, viendo que el movimiento de dichas aspas incrementaba la temperatura del agua. Así se pudo observar que el calor era una forma de transferencia de energía, cosa que no estaba clara en esa época, y fue lo que finalmente llevó a enunciar el primer principio de la Termodinámica.
Ahora, supongo que habrán muchas otras formas de transformar energía mecánica en calor, pero este fue el primer experimento que se hizo para comprobar que ello sucede.
Seguro que si buscas por Internet encontrarás más información acerca de esto. Incluso hay una página que te permite hacer tú mismo el experimento de forma virtual.

[Monoel14]

Re: Como transformar energia mecanica en calor?

Buenas.

Ese fue un asunto que descubrió Joule mediante su famoso experimento, en el cual introdujo unas aspas dentro de un recipiente de agua aislado térmicamente y las hizo girar, viendo que el movimiento de dichas aspas incrementaba la temperatura del agua. Así se pudo observar que el calor era una forma de transferencia de energía, cosa que no estaba clara en esa época, y fue lo que finalmente llevó a enunciar el primer principio de la Termodinámica.
Ahora, supongo que habrán muchas otras formas de transformar energía mecánica en calor, pero este fue el primer experimento que se hizo para comprobar que ello sucede.
Seguro que si buscas por Internet encontrarás más información acerca de esto. Incluso hay una página que te permite hacer tú mismo el experimento de forma virtual.

Si, pero en ese experimento Joule calentaba el agua agitandola, o sea, de manera similar a lo que ocurre con la fuerza de rozamiento.... Pero sin recurrir a ella no tengo ni idea.... lo unico que se me ocurre es utilizar corrientes de foucault como se las utiliza por ejemplo en los frenos magneticos,... pero no se bien si funcionaria, y tampoco se cuan eficiente seria ese sistema para transformar la energia mecanica en calor.
Una preguna, esto que yo digo de las corrientes de foucault es lo que se usa en este video:

http://www.youtube.com/watch?v=I1XRaNaufxw

para calentar la barra de metal verdad?

[leo_ro]

Re: Como transformar energia mecanica en calor?

La energía mecáncia es

${E}_{M}={E}_{c}+{E}_{p}$

La energía mecáncia se conserva por fuerza conservativas, como la gravedad o la fuerza eléctrica. En cambio si sobre el cuerpo actúa una fuerza no conservativa como el rozamiento, dicha energía mecánica no se mantiene constante sino que se transforma en calor. Eso es lo que pasa cuando una corriente eléctrica movida por un campo eléctrico atraviesa una resistencia, disminuye la energía potencial eléctrica pero sin aumentar la energía cinética de los portadores (ya que su velocidad se mantiene constante), esa energía potencial eléctrica se transforma en calor. Es el conocido efecto joule y esto se debe a que los portadores de carga en un momento aumentan su energía cinética pero colisionan con los átomos del cristal transmitiéndole toda su energía y luego son nuevamente acelerados y así continúa. En promedio se puede calcular una velocidad constante llamada velocidad de arrastre.

Para un caso puramente mecánico la forma de transforma energía mecánica en calor es mediante el rozamiento. Fijate en las carreras de auto, como estos que tienen una alta energía cinética al frenar los discos de frenos se ponen al rojo vio. Y esto es porque cuando uno presiona el freno, dicha presión se transmite por el líquido de freno a estos discos, los cuales se presionan y generan una fuerza opuesta al movimiento.

${\vec{f}}_{r}=\mu P . S$

$S$ es la superficie de los discos , $P$ la presión.

[Monoel14]

Re: Como transformar energia mecanica en calor?

La energía mecáncia es

${E}_{M}={E}_{c}+{E}_{p}$

La energía mecáncia se conserva por fuerza conservativas, como la gravedad o la fuerza eléctrica. En cambio si sobre el cuerpo actúa una fuerza no conservativa como el rozamiento, dicha energía mecánica no se mantiene constante sino que se transforma en calor. Eso es lo que pasa cuando una corriente eléctrica movida por un campo eléctrico atraviesa una resistencia, disminuye la energía potencial eléctrica pero sin aumentar la energía cinética de los portadores (ya que su velocidad se mantiene constante), esa energía potencial eléctrica se transforma en calor. Es el conocido efecto joule y esto se debe a que los portadores de carga en un momento aumentan su energía cinética pero colisionan con los átomos del cristal transmitiéndole toda su energía y luego son nuevamente acelerados y así continúa. En promedio se puede calcular una velocidad constante llamada velocidad de arrastre.

Para un caso puramente mecánico la forma de transforma energía mecánica en calor es mediante el rozamiento. Fijate en las carreras de auto, como estos que tienen una alta energía cinética al frenar los discos de frenos se ponen al rojo vio. Y esto es porque cuando uno presiona el freno, dicha presión se transmite por el líquido de freno a estos discos, los cuales se presionan y generan una fuerza opuesta al movimiento.

${\vec{f}}_{r}=\mu P . S$

$S$ es la superficie de los discos , $P$ la presión.

Ok, gracias. Y sin rozamiento? hay alguna forma de generar calor directamente a partir de energia mecanica o cinetica? por ejemplo en lugar de aplicar un freno convencional se podria aplicar un freno magnetico? Supongo que de esta manera se generaria menos desgaste y menos ruido verdad?

[leo_ro]

Re: Como transformar energia mecanica en calor?

La energía mecánica

${E}_{M}={E}_{c}+{E}_{p}$

En un sistema donde solo existen fuerzas conservativas, esta se conserva, es decir:

$\Delta {E}_{M}=0$ $\Rightarrow$ $\Delta {E}_{p} = -\Delta {E}_{c}$

Es decir, la energía mecánica siempre será la misma, simplemente puede tomar la forma de energía cinética o potencial. Para transforma la energía mecánica en otro tipo de energía es necesario que actúe una fuerza no conservativa. Ya que el trabajo de la fuerza no conservativa se aplica en la variación de la energía cinética (sin que varíe la energía potencial), por lo tanto a la variación de la energía mecánica.

${W}_{fn}={\int}_{c} {\vec{f}}_{nc} d \vec{l}=\Delta {E}_{m}$

La fuerza ${\vec{f}}_{nc}$ es el rozamiento porque es la que se opone al movimiento (de las superficies en contacto). Así que respondiendo a tu pregunta solamente por el rozamiento es posible transformar energía mecánica en calor. Por lo menos eso es lo que sé.

en lugar de aplicar un freno convencional se podria aplicar un freno magnetico? Supongo que de esta manera se generaria menos desgaste y menos ruido verdad?

El rozamiento de las ruedas con el piso es el que disminuye la energía cinética del auto. Por supuesto para que sea posible esto hay que bloquear las ruedas y eso se realiza por el disco de frenado. Al presionarse, como te he contado anteriormente, se produce una fuerza de rozamiento en este que impide el movimiento de los discos, las ruedas se bloquean y se produce un rozamiento de estas con el piso que se opondrá a su movimiento. Es este rozamiento el que detiene al auto pero para que sea posible esto tienen que dejar de girar las ruedas y eso se produce por los discos de frenado. Por lo que no solo se calientan los discos de freno sino que también el asfalto y las ruedas por el rozamiento entre ellos. En el caso de las ruedas lo que se busca es que el rozamiento no genere tanto calor por lo que los neumáticos se construyen con materiales que se desgasten, como una goma de borrar.
Con un supuesto freno magnético, la fuerza magnética impidiera que las ruedas sigan girando pero sería el rozamiento de estas con el piso el que detendría el auto. Y sí, sin duda no se desgastaría los imanes (ya sean permanentes o de inducción) como se desgastan las pastillas de los discos. Pero igual se irían desgastando porque entre las partículas de los imanes se generaría rozamiento (si también habría rozamiento!) entre ellas también por la fuerza magnética.
Es todo un tema, como decía un profesor mio. Si haces un valance energético y no te da que no te quepa la menor duda que se perdió en calor.

[skynet]

Re: Como transformar energia mecanica en calor?

. Así que respondiendo a tu pregunta solamente por el rozamiento es posible transformar energía mecánica en calor. Por lo menos eso es lo que sé.

para nada......cualquier choque no elástico convierte la energía cinetica en calor......si chocas la bicicleta contra una pared, no sólo romperás la bicicleta, también la calentarás, toda la energía cinetica que tenia antes del choque se convertirá en calor.....sin necesidad de rozamiento.

[leo_ro]

Re: Como transformar energia mecanica en calor?

Ese choque transfiere toda la energía cinética que se transformará en deformación y en una onda en el material, la cual disminuirá su amplitud y por lo tanto su intensidad por el rozamiento de las partículas materiales ya que sus fuerzas intermoleculares no son perfectamente elásticas.

[skynet]

Re: Como transformar energia mecanica en calor?

Toda la energía cinética termina convirtiéndose en energía térmica.....la energía cinética no se puede convertir en deformación porque la deformación no es una forma de energía.

La fuerza producida durante un choque inelastico ejerce un trabajo sobre la bicicleta, pero ese trabajo termina convertido en energía térmica según el primer principio de la termodinámica:

$\Delta U=Q-W$ como aquí $Q=0$ tenemos que $\Delta U=-W$

es decir, todo el trabajo se convierte en aumento de la energía interna y si el choque es inelástico esto significa aumento de la temperatura.......efectivamente se produce deformación, pero esta deformación no aumenta la energía potencial intermolecular ya que si fuera así esta energía podría restituirse y el choque ya no sería inelastico.

[leo_ro]

Re: Como transformar energia mecanica en calor?

Tienés razón en eso, dije que se transforma en deformación pero en realidad de aplica en deformación, es decir, en aumentar su energía interna. Pero sigo fundamentando que la energía mecánica se transforma en energía térmica por el rozamiento.

$\Delta U = Q - W$

La parte de la energía interna que nos interesa es la térmica

En el caso del choque $Q=0$ eso implica que $\Delta U = - W$

Ese trabajo lo que hace es disminuir la energía cinética, a cero por supuesto. Y según el teorema de la energía cinética.

${W}_{fc}+{W}_{fnc}=\Delta {E}_{c}$

como ${W}_{fc}= \Delta {E}_{p}$

y en el choque de la bicicleta no estamos considerando variación de energía potencial (ni gravitatoria ni elástica)$\Delta {E}_{p}=0 \Rightarrow {W}_{fc}=0$

de manera que

${W}_{fnc}=\Delta {E}_{c} = \Delta U$

Y la única fuerza no conservativa que interviene en el proceso es el rozamiento.