Cómo usar la termodinámica para tratar algunos sistemas térmicos fuera de equilibrio

Abstract

Se muestra de una manera didáctica que un sistema térmico fuera de equilibrio puede ser tratado con las herramientas usuales de la termodinámica si se lo fracciona en secciones lo suficientemente pequeñas como para que las magnitudes termodinámicas tengan valores constantes en su interior. Para ejemplificar este procedimiento, se analiza el caso de un gas ideal en un gradiente térmico y se muestra que eso implica la aparición de un gradiente en la densidad. También se menciona el caso de la conducción térmica en una varilla metálica en el que puede calcularse explícitamente la producción de entropía tanto en los reservorios como en la varilla propiamente dicha.

It is shown at a level suitable for an undergraduate student that thermodynamics can be use to deal with certain thermal systems out of equilibrium. The trick is to cut the system in parts or slides small enough so that the thermodynamics magnitudes have constant values inside them. As an example, an ideal gas in a thermal gradient is considered. It is shown that a density gradient appears as a consequence of the thermal one. It is also briefly considered the heat conduction in a rod; it is shown that the entropy production rate can be calculated both for the reservoirs and the rod.