Analizando un chorro de agua por termodinámica

Considere un chorro de agua que sale de una tubería. Me sale una contradicción cuando trato de analizar la situación.

  1. Uso de la termodinámica: a medida que el chorro de agua cae, el agua forma un chorro fino. El cambio de entropía es negativo a medida que disminuye el desorden del sistema. Por lo tanto, a temperaturas más altas, existe la posibilidad de que Δ G para este proceso es positivo, lo que significa que el proceso no es espontáneo.

  2. Uso de dinámica de fluidos: a medida que el chorro de agua cae, el agua forma un chorro fino. Su velocidad aumenta debido a la atracción de la Tierra y, por lo tanto, su área disminuye o, en otras palabras, la ecuación

    A 1 V 1 = A 2 V 2
    Está satisfecho.

Entonces obtengo una contradicción ya que la termodinámica me dice que esto no debería suceder naturalmente, mientras que la dinámica de fluidos sugiere lo contrario. ¿Cuál es el error?

¿De dónde sacas la idea de que el "desorden" del fluido disminuye? En el segundo caso, si obtiene la formación de gotas, todo tipo de cosas están sucediendo y su ecuación de continuidad simple ya no se aplica en la forma que proporcionó.
@Pirx A medida que el chorro cae, su radio disminuye, por lo tanto, su área de superficie externa. Ahora las partículas en la superficie tienen más energía, por lo tanto, si el área de la superficie disminuye, el no. de partículas que tienen más energía disminuye. Esto me sugiere que la entropía del sistema disminuye.
Utilizando la termodinámica, en ausencia de disipación viscosa, el cambio de entropía del agua es cero y su cambio de energía libre es cero.
No veo su argumento a favor de la disminución de la entropía. En cualquier caso, lo primero que hay que notar es que el sistema en cuestión no es un sistema cerrado, por lo que pueden pasar todo tipo de cosas interesantes.
@Pirx Creo que InquisitiveMind se refiere al cambio de entropía de los paquetes de agua entre la parte superior e inferior del chorro. Cada parcela se trata como un sistema cerrado.
Pero no lo son, ciertamente no cuando el chorro se desintegra en gotas.
Su argumento sobre la disminución de la entropía no está del todo claro, como lo señaló @Pirx. Debe mostrar un cálculo explícito. ¿Cuál es tu sistema? ¿Ha asumido que está aislado? ¿De quién es el área decreciente y por qué? Si considera una parcela fluida, incluso si su radio disminuye, se alarga a lo largo de la dirección de caída. Si la densidad y la temperatura del fluido permanecen constantes, entonces todas sus propiedades termodinámicas, incluida su entropía, permanecerán constantes, como lo señaló Chester Miller de una manera diferente.
@Zero Tu comentario es una respuesta a mi pregunta
@InquisitiveMind: Mi termo dijo entropía H = ∫ d q / T , y ni Q ni T están cambiando.
Feliz de responder a su pregunta sin saberlo :-) La próxima vez que publique una pregunta, hágala exhaustiva.

Respuestas (1)

El argumento de que la entropía del sistema disminuye mientras sale de la tubería no está justificado. Considere un paquete de agua, a medida que sale de la tubería, sus cantidades termodinámicas permanecen constantes.

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