Biografa de Nicolas Lonard Sadi CarnotConocido como Sadi Carnot fue un fsico e ingeniero francs pionero en el estudio de la Termodinmica. Se le reconoce hoy como el fundador o Padre de la Termodinmica.Era hijo de Lazare Carnot, conocido como el Gran Carnot, y to de Marie Franois Sadi Carnot, que lleg a ser Presidente de la Repblica Francesa.Licenciado en la Escuela Politcnica, en 1824 public su obra maestra:Reflexiones sobre la potencia motriz del fuego y sobre las mquinas adecuadas para desarrollar esta potencia, donde expuso las ideas que daran forma al segundo principio de la termodinmica enla que introduce el concepto de transformaciones cclicas, aplica a ellas el concepto de reversibilidad y enuncia lo que hoy conocemos con el nombre de ciclo de Carnot (ciclo reversible ditermo, compuesto por dos transformaciones isotrmicas y dos adiabticas), demostrando que tal ciclo, que no puede ser realizado por una mquina ideal, presenta un rendimiento que slo depende de la temperatura de las fuentes (caldera y refrigerante) entre las que evoluciona el sistema. Enuncia la imposibilidad del mvil perpetuo, concluyendo que no puede existir una mquina real que tenga un rendimiento mayor que una mquina reversible, funcionando ambas entre las mismas fuentes calorficas.Estos trabajos, poco comprendidos por parte de sus contemporneos, fueron ms tarde conocidos en Alemania por Rudolf Clausius (que fue quien los difundi) y por William Thomson (Lord Kelvin) en el Reino Unido. Como reconocimiento a las aportaciones del primero, el principio de Carnot se rebautiz comoprincipio de Carnot-Clausius. Este principio permite determinar el mximo rendimiento de una mquina trmica en funcin de las temperaturas de su fuente caliente y de su fuente fra. Cuando Luis XVIII envi a Carnot a Inglaterra para investigar el elevado rendimiento de sus mquinas de vapor, se dio cuenta que la creencia generalizada de elevar la temperatura lo ms posible para obtener el vapor mejoraba el funcionamiento de las mquinas. Poco despus descubri una relacin entre las temperaturas del foco caliente y fro y el rendimiento de la mquina.

Carnot introduce tres conceptos fundamentales: El concepto de ciclo o mquina cclica. La relacin entre la cada del calor de una fuente caliente a otra ms fra y su relacin con el trabajo. El concepto de mquina reversible de rendimiento mximo.

ECUACIONES DE TRANSFERENCIA DE CALOR1. CONDUCCION DE CALORLa conduccin es el mecanismo de transferencia de calor en escala atmica a travs de la materia por actividad molecular, por el choque de unas molculas con otras, donde las partculas ms energticas le entregan energa a las menos energticas, producindose un flujo de calor desde las temperaturas ms altas a las ms bajas. Los mejores conductores de calor son los metales. El aire es un mal conductor del calor. Los objetos malos conductores como el aire o plsticos se llaman aislantes.

La conduccin de calor slo ocurre si hay diferencias de temperatura entre dos partes del medio conductor. Para un volumen de espesor x, con rea de seccin transversal A y cuyas caras opuestas se encuentran a diferentes T1 y T2, con T2 > T1, como se muestra en la figura 2, se encuentra que el calor Q transferido en un tiempo t fluye del extremo caliente al fro. Si se llama H (en Watts) al calor transferido por unidad de tiempo, la rapidez de transferencia de calor H = Q/t, est dada por la ley de la conduccin de calor de Fourier.

Donde k (en W/mK) se llama conductividad trmica del material, magnitud que representa la capacidad con la cual la sustancia conduce calor y produce la consiguiente variacin de temperatura; y dT/dx es el gradiente de temperatura. El signo menos indica que la conduccin de calor es en la direccin decreciente de la temperatura.

2. CONVECCION

La conveccin es el mecanismo de transferencia de calor por movimiento de masa o circulacin dentro de la sustancia. Puede ser natural producida solo por las diferencias de densidades de la materia; o forzada, cuando la materia es obligada a moverse de un lugar a otro, por ejemplo el aire con un ventilador o el agua con una bomba. Slo se produce en lquidos y gases donde los tomos y molculas son libres de moverse en el medio.

En la naturaleza, la mayor parte del calor ganado por la atmsfera por conduccin y radiacin cerca de la superficie, es transportado a otras capas o niveles de la atmsfera por conveccin.

Un modelo de transferencia de calor H por conveccin, llamado ley de enfriamiento de Newton, es el siguiente:H = h A (TA T)donde h se llama coeficiente de conveccin, en W/(m2K), A es la superficie que entrega calor con una temperatura TA al fluido adyacente, que se encuentra a una temperatura T, como se muestra en el esquema de la figura.

agua THTAAFigura. Proceso de conveccin.El flujo de calor por conveccin es positivo (H > 0) si el calor se transfiere desde la superficie de rea A al fluido (TA > T) y negativo si el calor se transfiere desde el fluido hacia la superficie (TA < T).

3. RADIACIONLa radiacin trmica es energa emitida por la materia que se encuentra a una temperatura dada, se produce directamente desde la fuente hacia afuera en todas las direcciones. Esta energa es producida por los cambios en las configuraciones electrnicas de los tomos o molculas constitutivos y transportada por ondas electromagnticas o fotones, por lo recibe el nombre de radiacin electromagntica. La masa en reposo de un fotn (que significa luz) es idnticamente nula. Por lo tanto, atendiendo a relatividad especial, un fotn viaja a la velocidad de la luz y no se puede mantener en reposo. (La trayectoria des- crita por un fotn se llama rayo). La radiacin electromagntica es una combi- nacin de campos elctricos y magnticos oscilantes y perpendiculares entre s, que se propagan a travs del espacio transportando energa de un lugar a otro.

A diferencia de la conduccin y la conveccin, o de otros tipos de onda, como el sonido, que necesitan un medio material para propagarse, la radiacin electromagntica es independiente de la materia para su propagacin, de hecho, la transferencia de energa por radiacin es ms efectiva en el vaco. Sin embargo, la velocidad, intensidad y direccin de su flujo de energa se ven influidos por la presencia de materia. As, estas ondas pueden atravesar el espacio inter- planetario e interestelar y llegar a la Tierra desde el Sol y las estrellas. La longitud de onda () y la frecuencia () de las ondas electromagnticas, relacionadas mediante la expresin = c, son importantes para determinar su energa, su visibilidad, su poder de penetracin y otras caractersticas. Independientemente de su frecuencia y longitud de onda, todas las ondas electromagnticas se desplazan en el vaco con una rapidez constante c = 299792 km/s, llamada velocidad de la luz.

Los fotones son emitidos o absorbidos por la materia. La longitud de onda de la radiacin est relacionada con la energa de los fotones, por una ecuacin desarrollada por Planck:

E = hc

donde h se llama constante de Planck, su valor es h = 6,63 x 10-34 Js.