En termodinámica , una pared adiabática entre dos sistemas termodinámicos no deja pasar calor ni sustancias químicas a través de ella, dicho de otra manera no hay transferencia de calor ni transferencia de masa .
En las investigaciones teóricas a veces se supone que uno de los dos sistemas es el entorno del otro. Entonces se supone que el trabajo transferido es reversible dentro del entorno, pero en termodinámica no se supone que el trabajo transferido sea reversible dentro del sistema. El supuesto de reversibilidad en el entorno tiene como consecuencia que la cantidad de trabajo transferido está bien definida por variables macroscópicas del entorno. Por consiguiente, a veces se dice que los alrededores tienen un depósito de trabajo reversible.
Junto a la idea de muro adiabático está la de recinto adiabático. Es fácilmente posible que un sistema tenga algunas paredes límite que sean adiabáticas y otras que no lo sean. Cuando algunas no son adiabáticas, entonces el sistema no está adiabáticamente cerrado, aunque puede ocurrir una transferencia adiabática de energía como trabajo a través de las paredes adiabáticas.
El recinto adiabático es importante porque, según un autor ampliamente citado, Herbert Callen , "un requisito previo esencial para la mensurabilidad de la energía es la existencia de paredes que no permitan la transferencia de energía en forma de calor". [1] En termodinámica, se acostumbra asumir a priori la existencia física de recintos adiabáticos, aunque no se acostumbra etiquetar esta suposición por separado como un axioma o ley numerada.
En termodinámica teórica, autores respetados varían en sus enfoques para la definición de cantidad de calor transferido. Hay dos corrientes principales de pensamiento. Uno es, desde un punto de vista principalmente empírico (al que aquí nos referiremos como corriente termodinámica), definir la transferencia de calor como algo que ocurre sólo mediante mecanismos macroscópicos específicos; En términos generales, este enfoque es históricamente más antiguo. La otra (a la que aquí nos referiremos como corriente mecánica) es, desde un punto de vista principalmente teórico, definirla como una cantidad residual después de que se han determinado para un proceso transferencias de energía como trabajo macroscópico, entre dos cuerpos o sistemas cerrados. para cumplir con el principio de conservación de la energía o la primera ley de la termodinámica para sistemas cerrados; Este enfoque creció en el siglo XX, aunque se manifestó en parte en el XIX. [2]
En la corriente de pensamiento termodinámica, los mecanismos especificados de transferencia de calor son la conducción y la radiación . Estos mecanismos presuponen el reconocimiento de la temperatura ; La temperatura empírica es suficiente para este propósito, aunque la temperatura absoluta también puede servir. En esta corriente de pensamiento, la cantidad de calor se define principalmente mediante calorimetría . [3] [4] [5] [6]
Aunque su definición difiere de la de la corriente mecánica del pensamiento, la corriente empírica del pensamiento presupone, sin embargo, la existencia de recintos adiabáticos. Los define a través de los conceptos de calor y temperatura. Estos dos conceptos son coordinadamente coherentes en el sentido de que surgen conjuntamente en la descripción de experimentos de transferencia de energía en forma de calor. [7]
En la corriente mecánica del pensamiento sobre un proceso de transferencia de energía entre dos cuerpos o sistemas cerrados, el calor transferido se define como una cantidad residual de energía transferida después de que se ha determinado la energía transferida como trabajo, asumiendo para el cálculo la ley de conservación de energía, sin referencia al concepto de temperatura. [8] [9] [10] [11] [12] [13] Hay cinco elementos principales de la teoría subyacente.
Las presentaciones axiomáticas de esta corriente de pensamiento varían ligeramente, pero pretenden evitar las nociones de calor y temperatura en sus axiomas. Es esencial para esta corriente de pensamiento que no se presuponga que el calor sea mensurable mediante calorimetría. Es esencial para esta corriente de pensamiento que, para la especificación del estado termodinámico de un cuerpo o sistema cerrado, además de las variables de estado llamadas variables de deformación, haya precisamente una variable de estado adicional con valor de número real, llamada la variable de no deformación, aunque no debe reconocerse axiomáticamente como una temperatura empírica, aunque satisface los criterios para una.
Los autores Buchdahl, Callen y Haase no mencionan el paso de radiación, térmica o coherente, a través de sus paredes adiabáticas. Carathéodory discute explícitamente los problemas relacionados con la radiación térmica, que es incoherente, y probablemente desconocía la posibilidad práctica de la luz láser , que es coherente. Carathéodory en 1909 dice que deja estas preguntas sin respuesta.
Para la corriente de pensamiento termodinámico, la noción de temperatura empírica se presupone coordinadamente en la noción de transferencia de calor para la definición de una pared adiabática. [7]
Para la corriente de pensamiento mecánico, la forma exacta en que se define la pared adiabática es importante.
En la presentación de Carathéodory, es esencial que la definición de la pared adiabática no dependa en modo alguno de las nociones de calor o temperatura. [9] Esto se logra mediante una redacción cuidadosa y una referencia a la transferencia de energía sólo como trabajo. Buchdahl tiene la misma precaución. [12] Sin embargo, Carathéodory postula explícitamente la existencia de paredes que son permeables sólo al calor, es decir impermeables al trabajo y a la materia, pero aún permeables a la energía de alguna manera no especificada. Se podría perdonar a uno por inferir de esto que el calor es energía que se transfiere a través de paredes permeables sólo al calor, y que existen como primitivos postulados indefinidos.
En la presentación ampliamente citada de Callen, [1] se introduce la noción de pared adiabática como límite de una pared que es pobremente conductora del calor. Aunque Callen no menciona aquí explícitamente la temperatura, considera el caso de un experimento con hielo derritiéndose, realizado en un día de verano, cuando, el lector puede especular, la temperatura de los alrededores sería más alta. Sin embargo, cuando se trata de una definición central, Callen no utiliza esta explicación introductoria. Finalmente define un recinto adiabático como lo hace Carathéodory, que transmite energía sólo como trabajo y no transmite materia. En consecuencia, define el calor como energía que se transfiere a través de los límites de un sistema cerrado de forma distinta al trabajo.
Como lo sugiere, por ejemplo, Carathéodory y lo utiliza, por ejemplo, Callen, el ejemplo preferido de pared adiabática es el de un matraz Dewar . Un matraz Dewar tiene paredes rígidas. Sin embargo, Carathéodory requiere que se imagine que sus paredes adiabáticas son flexibles, y que las presiones sobre estas paredes flexibles se ajusten y controlen externamente para que las paredes no se deformen, a menos que se emprenda un proceso en el que el trabajo se transfiera a través de las paredes. El trabajo considerado por Carathéodory es trabajo presión-volumen. Otro texto considera el amianto y la fibra de vidrio como buenos ejemplos de materiales que constituyen un muro adiabático practicable. [14]
La corriente de pensamiento mecánico considera, por tanto, la propiedad del recinto adiabático de no permitir la transferencia de calor a través de sí mismo como una deducción de los axiomas termodinámicos de Carathéodory.