¿De dónde viene el calor cuando el caucho se estira adiabáticamente?

Según tengo entendido, cuando una banda elástica se estira adiabáticamente (lo que supongo que significa que no hay cambios en la entropía y, por lo tanto, no hay flujo de calor del entorno), sus polímeros se enderezaron naturalmente y, por lo tanto, su entropía se reduciría, por lo que para mantener la entropía constante, el la temperatura de la banda elástica debe aumentar. Entonces, ¿cómo se manifiesta exactamente el trabajo realizado en la banda elástica como energía térmica aleatoria?

Mi conjetura inicial es que los polímeros 'se alinean mejor' equivalen a que están en un estado de energía potencial más bajo y, por lo tanto, se libera energía cinética (aleatorizada en energía térmica) en este proceso, pero no estoy seguro. ¿O posiblemente el trabajo realizado solo transfiere energía cinética directamente a las partículas en el caucho?

Respuestas (2)

¡El caucho es bastante complejo!

A nivel macroscópico, le haces trabajo a la goma y se calienta. Cuando el caucho vuelve a funcionar, se enfría. Al igual que cuando comprimes un gas y luego el gas se expande.

La situación microscópica con el gas es simple (suponiendo que solo juegas con un pistón en un cilindro de gas): las moléculas rebotan en una pared en movimiento y pierden algo de energía (cuando el pistón se aleja) o ganan energía (cuando el pistón se comprime). el gas).

El caucho tiene moléculas enredadas y en su mayoría espirales durante mucho tiempo y su movimiento térmico las mantiene en una forma de equilibrio. Cuando estiras la goma, tiendes a desenrollar algunas espirales moleculares e impones más tensión sobre los enlaces químicos. Esto aumenta su energía vibratoria y esta energía se "termaliza" rápidamente en todo el material.

Una analogía (muy tosca): una cuerda, colgada más o menos horizontalmente entre dos puntos. Mueves rápidamente uno de estos puntos para enderezar la cuerda y comienza a oscilar.

El video de Feynman al que se hace referencia en otro comentario menciona que las cadenas de polímero esencialmente "golpean" las partículas más pequeñas del entorno también cuando se enderezan, ¿es ese un efecto complementario diferente?
Aunque supongo que tu método también causaría esto indirectamente
@AlexGower oye, de todos modos no soy Feynman, pero tanto su versión como la mía son simplificaciones excesivas de lo que sucede en el caucho. Yo (pero no soy Feynman, recuerde) usaría estas partículas circundantes para ilustrar las pérdidas viscosas en el caucho.
¡Me parece bien! Como punto final, Feynman explica la fuerza que hace que el caucho se contraiga con el aumento de la temperatura a medida que los átomos más pequeños que rodean la cadena de polímero "la bombardean más y causan más torceduras en ella". ¿Tienes alguna explicación simplificada alternativa a eso también?
Los propios átomos de la cadena pueden hacer lo mismo, así como los átomos de otras cadenas.

Cuando la banda de goma se estira, se calienta debido a la fricción viscosa de las moléculas de la cadena que se deslizan unas sobre otras. Por otro lado, no es por expansión adiabática porque no hay expansión en la goma y es un material incompresible (se deforma al estirarse pero el cambio de volumen es 0).

Pero, ¿qué pasa con una expansión adiabática teórica?
La fricción viscosa no es tu amiga cuando tienes que explicar el enfriamiento cuando la goma está relajada.
Sé que sus videos no están a la altura, pero es Feynman, después de todo, y el título es "bandas elásticas": youtube.com/watch?v=XRxAn2DRzgI
Definitivamente no es una fricción viscosa porque, cuando liberas la tensión, se enfría adiabáticamente.
¿De dónde viene el calor cuando el caucho se estira adiabáticamente?
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