En termodinámica , la disipación es el resultado de un proceso irreversible que afecta a un sistema termodinámico . En un proceso disipativo, la energía ( interna , cinética de flujo masivo o potencial del sistema ) se transforma de una forma inicial a una forma final, donde la capacidad de la forma final para realizar trabajo termodinámico es menor que la de la forma inicial. Por ejemplo, la transferencia de energía en forma de calor es disipativa porque es una transferencia de energía que no se realiza mediante trabajo termodinámico o transferencia de materia, y propaga energía previamente concentrada. Siguiendo la segunda ley de la termodinámica , en la conducción y radiación de un cuerpo a otro, la entropía varía con la temperatura (reduce la capacidad de la combinación de los dos cuerpos para realizar trabajo), pero nunca disminuye en un sistema aislado.
En ingeniería mecánica , la disipación es la conversión irreversible de energía mecánica en energía térmica con un aumento asociado de entropía. [1]
Los procesos con temperatura local definida producen entropía a un ritmo determinado. La tasa de producción de entropía multiplicada por la temperatura local da la potencia disipada . Ejemplos importantes de procesos irreversibles son: flujo de calor a través de una resistencia térmica , flujo de fluido a través de una resistencia de flujo, difusión (mezcla), reacciones químicas y flujo de corriente eléctrica a través de una resistencia eléctrica ( calentamiento Joule ).
Los procesos termodinámicos disipativos son esencialmente irreversibles porque producen entropía . Planck consideraba la fricción como el principal ejemplo de proceso termodinámico irreversible. [2] En un proceso en el que la temperatura se define localmente de forma continua, la densidad local de la tasa de producción de entropía multiplicada por la temperatura local da la densidad local de potencia disipada. [ definición necesaria ]
Una ocurrencia particular de un proceso disipativo no puede ser descrita por un solo formalismo hamiltoniano individual . Un proceso disipativo requiere una colección de descripciones hamiltonianas individuales admisibles, siendo desconocida exactamente cuál describe la ocurrencia particular real del proceso de interés. Esto incluye la fricción y el martilleo, y todas las fuerzas similares que resultan en la decoherencia de la energía, es decir, la conversión de un flujo de energía coherente o dirigido en una distribución de energía indirecta o más isotrópica .
"La conversión de energía mecánica en calor se llama disipación de energía". – François Roddier [3] El término también se aplica a la pérdida de energía debido a la generación de calor no deseado en circuitos eléctricos y electrónicos.
En física computacional , la disipación numérica (también conocida como " difusión numérica ") se refiere a ciertos efectos secundarios que pueden ocurrir como resultado de una solución numérica a una ecuación diferencial. Cuando la ecuación de advección pura , que está libre de disipación, se resuelve mediante un método de aproximación numérica, la energía de la onda inicial puede reducirse de forma análoga a un proceso de difusión. Se dice que este método contiene "disipación". En algunos casos, se agrega intencionalmente "disipación artificial" para mejorar las características de estabilidad numérica de la solución. [4]
En el artículo conjunto errante se proporciona una definición matemática formal de disipación, como se usa comúnmente en el estudio matemático de sistemas dinámicos que preservan la medida .
La disipación es el proceso de convertir la energía mecánica del agua que fluye hacia abajo en energía térmica y acústica. Se diseñan varios dispositivos en los lechos de los arroyos para reducir la energía cinética de las aguas que fluyen y reducir su potencial erosivo en las orillas y fondos de los ríos . Muy a menudo, estos dispositivos parecen pequeñas cascadas o cascadas , donde el agua fluye verticalmente o sobre escolleras hasta perder parte de su energía cinética .
Ejemplos importantes de procesos irreversibles son:
Las ondas u oscilaciones pierden energía con el tiempo , normalmente por fricción o turbulencia . En muchos casos, la energía "perdida" eleva la temperatura del sistema. Por ejemplo, una onda que pierde amplitud se dice que se disipa. La naturaleza precisa de los efectos depende de la naturaleza de la onda: una onda atmosférica , por ejemplo, puede disiparse cerca de la superficie debido a la fricción con la masa terrestre, y en niveles más altos debido al enfriamiento radiativo .
El concepto de disipación fue introducido en el campo de la termodinámica por William Thomson (Lord Kelvin) en 1852. [7] Lord Kelvin dedujo que un subconjunto de los procesos disipativos irreversibles antes mencionados ocurrirá a menos que un proceso esté gobernado por un "sistema termodinámico perfecto". motor". Los procesos que identificó Lord Kelvin fueron la fricción, la difusión, la conducción del calor y la absorción de la luz.