Physics of the fire piston and the fog bottle

Abstract

We analyse two irreversible adiabatic processes occurring in two thermodynamical devices: the fire piston and the ‘fog bottle’. In the first, an abrupt adiabatic compression of air inside a piston causes the burning of a small paper piece, since the final temperature reaches around 750 K. In the second, an abrupt adiabatic expansion of a gas at high pressure leads to a temperature decrease with condensation of water vapour and fog formation. We show that, if the two processes were carried out reversibly, the final temperature would always be lower than that in the irreversible processes.

Resumen

Analizamos dos procesos adiabáticos irreversibles que tienen lugar en dos dispositivos termodinámicos: el pistón de fuego y la «botella de niebla». En el primero, una compresión adiabática brusca del aire dentro de un pistón hace arder un trocito de papel, pues la temperatura final alcanza unos 750 K. En el segundo, una expansión adiabática brusca de un gas a alta presión produce un descenso de la temperatura, con condensación del vapor de agua y formación de niebla. Mostramos que, si los dos procesos se realizaran de forma reversible, la temperatura final sería siempre menor que en los procesos irreversibles.

Traducción al castellano del abstract original.