Supongamos que podría calentar una barra sin pérdida de calor al medio ambiente. Entonces podría usar la expansión térmica para hacer algún trabajo, por ejemplo, comprimir un gas. ¿De dónde proviene la energía necesaria para la compresión, la barra pierde temperatura al realizar trabajo mecánico?
Cuando calientas un objeto, la energía térmica fluye del entorno al objeto. Es la fuente de calor la que hace el trabajo. Le interesaría leer acerca de la diferencia entre la energía interna, la energía libre y especialmente la entalpía ; esta última representa el trabajo necesario para la expansión térmica y generalmente es lo que se usa cuando se calculan las energías de cambio de fase.
El cero no es correcto. 'Insignificante' es una mejor palabra. Pero incluso insignificante significa 'algunos'. De ahí viene la energía. Se necesita trabajo para mover el calor del medio ambiente a su objeto.
Considere el siguiente experimento mental:
Una barra de metal horizontal está completamente aislada térmicamente del entorno y no se estira/comprime por ninguna fuerza externa. Se enciende un calentador eléctrico (dentro del aislamiento) que entrega una cantidad precisa de energía térmica a la barra. La varilla se calienta hasta una temperatura final, , y se expande a una longitud final . Como un extremo de la varilla está fijo, el otro extremo se mueve para acomodar el cambio de longitud a
Ahora, repite el experimento con una diferencia importante. Un poderoso resorte de compresión, en su longitud no comprimida, se pone en contacto con el extremo libre de la varilla; el otro extremo de la varilla todavía está fijo, al igual que el otro extremo del resorte de compresión. La misma cantidad de energía térmica se entrega a la barra; expande y comprime el resorte en el proceso. (La fuerza del resorte también comprime ligeramente la varilla).
A continuación, se bloquea la longitud del resorte de compresión. (¿Mencioné que hay un mecanismo de trinquete en el resorte que permite la compresión pero no la expansión?)
Finalmente, se suelta el extremo fijo del resorte de compresión. La varilla comprimida se expande ligeramente, dando al resorte una velocidad horizontal.
Comparando los dos experimentos, el calentador entregó la misma energía a ambas varillas. Las dos varillas terminan sin fuerzas externas comprimiéndolas. Pero en el segundo caso, el resorte contiene energía potencial almacenada en su estado comprimido y algo de energía cinética. Esto significa que la barra tiene menos energía térmica.
La segunda varilla está ligeramente más fría que , y por lo tanto un poco más corto que . La energía reducida de la varilla es la fuente de energía del resorte.
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Jim Daniel Teunis