Haciendo trabajo contra la fuerza de fricción, la temperatura y el calor.

En la introducción de Feynman a la segunda ley de la termodinámica, dijo:

Sabemos que si hacemos trabajo contra la fricción, por ejemplo, el trabajo que perdemos es igual al calor producido. Si trabajamos en una habitación a temperatura T y hacemos el trabajo lo suficientemente lento , la temperatura ambiente no cambia mucho y hemos convertido el trabajo en calor a una temperatura dada.

Supongo que si la temperatura no cambia, entonces el trabajo realizado debe entrar en la parte de energía potencial de la energía interna del gas en la habitación, pero entonces, ¿por qué debemos hacer el trabajo lentamente ?

La última afirmación también es bastante confusa. Según tengo entendido, el trabajo y el calor son esencialmente lo mismo: un mecanismo de transferencia de energía de un sistema a otro. Entonces, ¿es solo un abuso de lenguaje cuando dice: "hemos convertido el trabajo en calor"?

El trabajo y el calor son drásticamente diferentes. ¿El texto no discute la diferencia?
El proceso se lleva a cabo lentamente para minimizar la pérdida de energía. Es posible que desee leer acerca de los procesos termodinámicos reversibles. en.wikipedia.org/wiki/Reversible_process_(termodinámica)
@AaronStevens No realmente.
@Sam Por pérdida de energía, ¿quiere decir conversión en energía térmica (es decir, aumentar la temperatura de la habitación)?
Sí, de hecho, si haces esto infinitesimalmente lento durante un tiempo infinito, toda la energía se convertirá en trabajo y no se producirá calor.
@sam Feynman está usando "calor" para referirse a la transferencia de energía térmica . Está hablando de trabajo que se convierte en calor (energía térmica transferida), y eso siempre será una cosa del 100% en esta situación. La fricción aquí no convierte la energía en trabajo.

Respuestas (1)

Feynman quiere hablar de temperatura constante, porque eso simplifica la física: " hemos convertido trabajo en calor a una temperatura dada "

Si la fricción transfiere mucha energía rápidamente, el material donde actúa la fricción aumenta de temperatura: esas partes se calientan y ya no es una situación de T constante.

Por lo tanto, debe hacer que la fricción actúe lentamente , dando tiempo a que la energía perdida por la fricción se extienda por la habitación y, finalmente, por el entorno de la habitación. Dado que son bastante grandes, su temperatura no cambia significativamente cuando se agrega energía a todo ese material.

En cuanto a que el trabajo y el calor son lo mismo: no, no lo son. Ese es el punto. Más adelante, en el libro, verás más sobre eso.

Su "trabajo convertido en calor a una temperatura dada" está diciendo que el trabajo, la transferencia mecánica de energía, se ha convertido en calor, la transferencia térmica de energía. (Más adelante aprenderá que, si bien puede ir por este lado, ir por el otro lado es más complicado)

Si te encuentras pensando que Feynman está cometiendo un " abuso de lenguaje", es una buena pista de que estás actuando sobre una suposición incorrecta o un malentendido. Su conocimiento de la física y de cómo explicarla estaban por encima de la media.

El conocimiento de física de Feyman y cómo explicarlo estaban por encima del promedio. pero esto no implica que siempre fuera perfecto en su redacción. Fue un hombre de su tiempo y en ocasiones utilizó un lenguaje que ahora se reconoce que no es el óptimo para evitar malentendidos y conceptos erróneos. Este es uno de esos casos. En la frase citada, feynman usa la palabra calor para referirse a la energía interna. Es aún más claro unas pocas líneas después de las frases citadas. Dijo "...uno no podría convertir nada de su energía térmica en trabajo..." Claramente estaba usando calor y energía térmica en su lugar...(continúa)
@Bob Jacobsen Debería haber dicho similar , en lugar de lo mismo. Tanto el calor como el trabajo son medios de transferencia de energía. Observé que a menudo hablaba del calor como si fuera una propiedad de un objeto; por ejemplo, dijo, "podríamos pensar que la energía térmica, como la de los movimientos vibratorios de las moléculas, podría proporcionar un buen suministro de energía útil". Y si interpretamos el calor como una propiedad/energía de un objeto, entonces "convertir el trabajo en calor" ciertamente tiene más sentido, creo.
@GiorgioP Exactamente, considerar el calor como una forma de energía interna aclara todo ahora.
... de energía interna. Hoy en día, la Investigación en Educación Física ha reconocido la importancia de utilizar palabras que puedan minimizar la confusión entre calor y energía interna. No se puede culpar a Feynman por haber dado sus conferencias mucho antes, pero es importante notar que ha habido cierta evolución en la enseñanza.
Las conferencias sobre física de @Hilbert Feynman son sin duda una gran fuente de conocimiento e inspiración. Sin embargo, recomendaría usarlos en paralelo con algún libro de texto más reciente. Estamos más de medio siglo después y en alguna parte de las conferencias se pueden ver signos de envejecimiento. La física no se ha detenido después de 1963.
Debo admitir que esto es aún más confuso ahora que encontré esta otra cita, donde habla de la primera ley, dijo: "El calor q puesto en el sistema, más el trabajo W hecho en el sistema, es el aumento en la energía tu del sistema; la última energía a veces se llama energía interna". Entonces, claramente establece una distinción entre energía interna y calor, y ese calor es algo que fluye hacia el sistema. Pero luego, la cita que publiqué en mi pregunta contradice claramente esta idea, ya que ahora considera que el calor es una propiedad del sistema ("... trabajo convertido en calor").
Creo que la frase siempre ha sido sobre dos formas de transferencia de energía: Mecánica (trabajo) y térmica (calor). @giorgioP tiene razón sobre los cambios en el idioma, pero Feynman ya estaba usando la forma moderna IIRC. He actualizado el segundo al último párrafo para tratar de hacerlo más claro.
@BobJacobsen Pero eso todavía no explica la cita donde dijo: "podríamos pensar que la energía térmica , como la de los movimientos vibratorios de las moléculas, podría proporcionar un buen suministro de energía útil". el calor, aquí, es claramente una forma de energía interna que podemos aprovechar.
"calor" no es lo mismo que "energía térmica"; lenguaje diferente para cosas diferentes. Aquí el punto de @GiorgioP es correcto: "energía térmica" puede ser un término confuso, que lo tienta a truncar a "calor"; eso seria un error "Energía térmica" es mejor, porque "térmica" no es una palabra que usamos sola. (Y el punto es que la "energía térmica" es una forma de energía que no puedes aprovechar, ¿no es así?)
@BobJacobsen En realidad, sí, eso fue muy tonto de mi parte. El punto central de la segunda ley es que no podemos transferir energía de un objeto frío a uno caliente libremente.
Haciendo trabajo contra la fuerza de fricción, la temperatura y el calor.
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