Parece que no entiendo la lógica en el proceso adiabático de cómo 'si se realiza trabajo en el sistema muy rápidamente, por ejemplo, comprimir un pistón que contiene n número de partículas de gas, no hay tiempo para que la energía se transfiera al entorno'. Sin embargo, la temperatura del gas en el sistema cambiará en el proceso, esto implica que si el trabajo se realiza muy rápidamente, entonces toda la energía del trabajo realizado tendrá tiempo de transferirse a la energía cinética ganada por el gas; pero no habrá tiempo suficiente para que el calor se transfiera al entorno.
En el ejemplo que propuse, la transferencia de calor a las partículas de gas para aumentar su KE ocurrirá por conducción a través de la conducción de energía a través de las partículas de gas (corríjame si me equivoco). Por lo tanto, si el trabajo se realiza muy rápidamente, ¿por qué hay tiempo para que el trabajo realizado sobre el gas transfiera calor a las partículas del gas, pero no hay tiempo para que el calor se transfiera a los alrededores mediante la transferencia de calor a través de las paredes del pistón (suponiendo que las paredes no estén aisladas por este proceso adiabático)?
Hay una velocidad a la que un objeto se enfría que depende de la diferencia de temperatura entre el sistema y los alrededores. Esta es la ley de enfriamiento de Newton.
Cuando un proceso ocurre tan rápidamente que el trabajo realizado sobre el sistema es mucho mayor que la transferencia de calor entre el sistema y los alrededores en ese intervalo de tiempo, el proceso puede considerarse adiabático.
Usando la primera ley de la termodinámica
Se realiza trabajo negativo porque se realiza trabajo sobre el sistema.
Dado que la energía interna del gas ideal depende solo de la temperatura. Por lo tanto, aumenta la temperatura del fluido de trabajo, es decir, el gas.
Según entiendo su pregunta, está preguntando "¿Por qué la energía agregada a un sistema por trabajo o calor llega a diferentes velocidades? En otras palabras, ¿por qué se puede suprimir el último mecanismo en relación con el primero?" La respuesta es que el calor y el trabajo operan mediante mecanismos fundamentalmente diferentes que están desacoplados y pueden controlarse en gran medida de forma independiente. Es útil observar exactamente cómo funcionan estos procesos en un cilindro de gas.
Para realizar trabajo sobre un gas en la forma de compresión que describe, presionaría el mango de un pistón, transmitiendo energía a la superficie interna del pistón a través de una onda de presión que se mueve a la velocidad del sonido en el material del pistón. Dado que el módulo de volumen de los sólidos es mucho mayor que el módulo de volumen del gas típico, es razonable suponer que el pistón no se comprime en absoluto. El gas, a su vez, interactúa con la superficie relativamente rígida del pistón, y las moléculas de gas que entran en contacto con el pistón en movimiento obtienen un impulso en la dirección opuesta. El precio de este aumento de impulso es la resistencia que sentiría en el mango.
Por el contrario, calentar el gas requiere el transporte de energía por difusión a través de las paredes y el pistón, que es un mecanismo completamente diferente. Este proceso se basa en moléculas individuales que se empujan aleatoriamente unas contra otras y no tiene una velocidad bien definida (de hecho, la velocidad efectiva escala inversamente con el grosor de la pared, lo que suprime la transferencia de calor a grandes distancias aunque el trabajo mecánico no se ve afectado en gran medida). Una consecuencia es que es sencillo incorporar una estructura mecánicamente rígida con una baja conductividad térmica. Un ejemplo sería utilizar puntales/mallas metálicas separadas por aislamiento, aire o incluso vacío, como se hace en botellas termo.
Usted pregunta "¿por qué hay tiempo para que el trabajo realizado sobre el gas transfiera calor a las partículas de gas"?
La forma breve y sencilla de resumir la excelente respuesta de Mechanic7 es esta: el trabajo realizado sobre las partículas de gas es lo que genera el calor. Cuando un gas se comprime, se calienta. Si no hay (o hay muy poco) intercambio de calor con el entorno, el proceso se considera adiabático . El calor no tiene que transferirse a las partículas de gas, se crea allí por la compresión.
david blanco