El helado y el refri desde la termodinamica

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El helado y la termodinámica

Para hacer un helado entran en juego la termodinámica y su segunda ley, la de la entropía, que nos indica que: “La entropía del universo siempre va en aumento”, lo que significa que el calor siempre se mueve de un objeto caliente a uno más frio.
También para crear un helado tomamos en cuenta las características fisicoquímicas de las soluciones, que nos indican quecuando una sustancia deja de estar su estado puro aumenta su punto de ebullición y/o baja su punto de congelacion.
En la actualidad los helados se hacen en grandes industrias con grandes refrigeradores y diversos químicos, pero antes de eso los helados se hacían de forma artesanal usando solo hielo, esto se hace de la siguiente manera.
Se tienen dos mezclas una a la que se le llamara calienteque es el helado que consumiremos al final, esta mezcla es una solución de agua/leche, azúcar y saborizantes, la segunda es la mezcla fría compuesta por hielo.
Para que la mezcla "caliente" se solidifique tiene que perder calor en la mezcla "fria".
Pero hay un problema el hielo solo alcanza una temperatura de cero grados centigrados y la temperatura a la que la mezcla caliente alcanza a llegares exactamente la misma, lo cual significaría que estarían en equilibrio antes incluso de que la mezcla "caliente" se solidificara.
Para resolver este problema lo más lógico sería usar hielo mas frio para congelar la mezcla "caliente". ¿Pero como conseguir hielo más frio? La respuesta es sencilla basta con usar las propiedades de las soluciones y a agregarle sal al hielo para que éste, como buenasolución baje su temperatura de congelación y tengamos así un hielo mas “frío”.

¿Cómo funciona esto de manera más científica?
Si se tiene agua pura y se enfría por el mecanismo que sea, se comienza a extraer la energía cinética de las moléculas del líquido, al llegar a los 0 C a 1atm se empiezan a formar cristales de hielo, si el proceso sigue las moléculas del agua llegan a un punto en dondesu movimiento es tan lento que chocan con los cristales ya formados uniéndoseles; de esta manera se alcanza un la equilibrio térmico; sin embargo hay casos en donde si se enfría lentamente se puede llegar a bajar el punto de congelación creando un estado metaestable.
Una manera para explicar como actúa la sal en la mezcla es considerando que sin esta existe un equilibrio entre las moléculas delagua líquida y el hielo lo que significa que presentan las mismas velocidades de fusión y congelación. En cambio al tenerse los iones Na+ y Cl- en agua (elemento dipolar) estos se juntan solvantandose. Al chocar con el hielo estos no se quedan unidos a el por lo que su velocidad de congelación destruyendo el equilibrio en el sistema. Como la velocidad de fusión no cambia en todo esto el hielocomienza a fundir disminuyendo la temperatura y disminuyendo así la concentración de la solución. Si en la solución se acaba el soluto se llegara a un nuevo equilibrio pero en esta ocasión la temperatura será menor a cero.
Sin embargo como el sistema no está aislado y se genera un paso de calor proveniente del helado por lo que el hielo continuara fundiendo para compensar el efecto.

¿Cómofunciona un refrigerador?
Para entender cómo funciona un refrigerador primero debemos definir que es un ciclo termodinámico y como interviene la ecuación de Joule-Thomson en el enfriamiento de un gas.

Ciclos termodinámicos
Son conjuntos de procesos que devuelven un sistema a su estado original después de una serie de fases, de manera que todas las variables termodinámicas relevantes vuelven atomar sus valores originales. En un ciclo completo, la energía interna de un sistema no puede cambiar, puesto que sólo depende de dichas variables. Por tanto, el calor total neto transferido al sistema debe ser igual al trabajo total neto realizado por el sistema.

Ciclo de Carnot
Este ciclo es la base de todos los ciclos termodinámicos y se basa en una máquina perfecta, esto significa que...
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