Termodinamica

Gasto másico o Flujo másico es en física la magnitud que expresa la variación de la masa en el tiempo. Matemáticamente es la diferencial de la masa con respecto al tiempo. Se trata de algo frecuente en sistemas termodinámicos, pues muchos de ellos (tuberías, toberas, turbinas, compresores, difusores...) actúan sobre un fluido que lo atraviesa. Su unidad es el kg/s

Se puede expresar el flujomásico como la densidad (ρ, que puede estar en función de la posición, ρ(r)) por un diferencial de volumen
=
donde Q se refiere al gasto hidráulico.
Este volumen a su vez se puede expresar como el producto de una superficie S (el ancho de la tubería entrante, normalmente), que también puede depender de la posición por un diferencial de longitud (la porción de dicha tubería cuyo contenido entra enel sistema por unidad de tiempo).

Normalmente se supone flujo unidimensional, es decir, con unas densidades y secciones constantes e independientes de la posición lo que permite reducirlo a la siguiente fórmula

Donde:
= Gasto másico
ρ = Densidad del fluido
V = Velocidad del fluido
S = Área del tubo corriente
o, integrando
δm = ρVS
En el caso de tener diversos flujos de entrada ysalida se consideran la sumas de estos. En un sistema en estado estacionario se puede deducir que la variación de masa ha de ser 0 y por tanto podemos establecer:

La segunda ley de la termodinámica o segundo principio de la termodinámica expresa, en una forma concisa, que:
La cantidad de entropía de cualquier sistema aislado termodinámicamente tiende a incrementarse con el tiempo.
Mássencillamente, cuando una parte de un sistema cerrado interacciona con otra parte, la energía tiende a dividirse por igual, hasta que el sistema alcanza un equilibrio térmico.
Es uno de las leyes más importantes de la física; aún pudiéndose formular de muchas maneras todas llevan a la explicación del concepto de irreversibilidad.
La segunda ley de la termodinámica ha sido expresada de muchas manerasdiferentes. Sucintamente, la termodinámica clásica la ha expresado así:
«Es imposible un proceso cuyo único resultado sea la transferencia de energía en forma de calor de un cuerpo de menor temperatura a otro de mayor temperatura».
Enunciado de Clausius.
«Es imposible todo proceso cíclico cuyo único resultado sea la absorción de energía en forma de calor procedente de un foco térmico (o reservorio odepósito térmico), y la conversión de toda ésta energía en forma de calor en energía en forma de trabajo».
Enunciado de Kelvin-Planck.
Algunos corolarios del principio, a veces empleados como enunciados alternativos, serían:
«Ningún proceso cíclico es tal que el sistema en el que ocurre y su entorno puedan volver a la vez al mismo estado del que partieron».
«En un sistema aislado, ningúnproceso puede ocurrir si a él se asocia una disminución de la entropía total del sistema.»
Corolario del principio, debido a Clausius.
Visualmente, el segundo principio se puede expresar imaginando una caldera de un barco de vapor. Ésta no podría producir trabajo si no fuese porque el vapor se encuentra a temperaturas y presión elevadas comparados con el medio que la rodea.
Matemáticamente, seexpresa así:

donde S es la entropía y el símbolo de igualdad sólo existe cuando la entropía se encuentra en su valor máximo (en equilibrio).

Entropía en mecánica estadística
Si para un sistema de partículas en equilibrio térmico se conoce la función de partición Z, dada por los métodos de la mecánica estadística clásica se puede calcular la entropía mediante:

Donde kB es la constante deBoltzmann, T la temperatura y las probabilidades Pj que aparecen en el sumatorio vienen dadas por la temperatura y la energía de los microniveles de energía del sistema:

Entropía de Von Neumann en mecánica cuántica
En el siglo XIX el concepto de entropía fue aplicado a sistemas formados por muchas partículas que se comportan clásicamente, a principios del siglo XX Von Neumann generalizó el...