Disipación

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 distinta a la del trabajo termodinámico o la transferencia de materia, y difunde 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 en la entropía. ^[1]

Los procesos con una temperatura local definida producen entropía a una cierta tasa. La tasa de producción de entropía multiplicada por la temperatura local da como resultado 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 ).

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Los procesos termodinámicos disipativos son esencialmente irreversibles porque producen entropía . Planck consideró la fricción como el principal ejemplo de un proceso termodinámico irreversible. ^[2] En un proceso en el que la temperatura se define de forma continua y local, la densidad local de la tasa de producción de entropía multiplicada por la temperatura local da como resultado la densidad local de potencia disipada. ^{[ se necesita una definición ]}

No es posible describir la ocurrencia particular de un proceso disipativo mediante un único formalismo hamiltoniano individual . Un proceso disipativo requiere una colección de descripciones hamiltonianas individuales admisibles, de las cuales no se sabe 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 descoherencia de la energía, es decir, la conversión de un flujo de energía coherente o dirigido en una distribución indirecta o más isótropa de la energía.

"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 una manera análoga a un proceso de difusión. Se dice que un método de este tipo 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 da una definición matemática formal de disipación, tal como se utiliza comúnmente en el estudio matemático de sistemas dinámicos que preservan la medida .

La disipación es el proceso de conversión de la energía mecánica del agua que fluye hacia abajo en energía térmica y acústica. Se han diseñado diversos dispositivos en los lechos de los ríos para reducir la energía cinética de las aguas que fluyen y así reducir su potencial erosivo en las orillas y los fondos de los ríos. Muy a menudo, estos dispositivos parecen pequeñas cascadas , donde el agua fluye verticalmente o sobre escolleras para perder parte de su energía cinética .

Ejemplos importantes de procesos irreversibles son:

1. Flujo de calor a través de una resistencia térmica
2. Flujo de fluido a través de una resistencia al flujo
3. Difusión (mezcla)
4. Reacciones químicas ^{[5] [6]}
5. Flujo de corriente eléctrica a través de una resistencia eléctrica ( calentamiento Joule ).

Las ondas u oscilaciones pierden energía con el tiempo , generalmente por fricción o turbulencia . En muchos casos, la energía "perdida" aumenta la temperatura del sistema. Por ejemplo, se dice que una onda que pierde amplitud 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 mencionados anteriormente ocurrirá a menos que un proceso esté gobernado por un "motor termodinámico perfecto". Los procesos que Lord Kelvin identificó fueron la fricción, la difusión, la conducción de calor y la absorción de luz.

• Producción de entropía
  • Ecuación general de transferencia de calor
• Control de inundaciones
• Principio de máxima entropía
• Gas bidimensional