Thermodynamics in rotating systems—analysis of selected examples

Abstract

We solve a set of selected exercises on rotational motion requiring a mechanical and thermodynamical analysis. When non-conservative forces or thermal effects are present, a complete study must use the first law of thermodynamics together with Newton’s second law. The latter is here better expressed in terms of an ‘angular’ impulse–momentum equation (Poinsot–Euler equation), or, equivalently, in terms of a ‘rotational’ pseudo-work–energy equation. Thermodynamical aspects in rotational systems, when e.g. frictional forces are present or when there is a variation of the rotational kinetic energy due to internal sources of energy, are discussed.

Resumen

Resolvemos una serie de ejercicios escogidos sobre movimiento de rotación que requieren un análisis mecánico y termodinámico. Cuando hay fuerzas no conservativas o efectos térmicos, un estudio completo debe usar el primer principio de la termodinámica junto con la segunda ley de Newton. Esta última se expresa aquí mejor como una ecuación «angular» de impulso y variación del momento (ecuación de Poinsot-Euler) o, de forma equivalente, como una ecuación «rotacional» de pseudotrabajo y energía. Se discuten los aspectos termodinámicos de los sistemas en rotación, por ejemplo cuando hay fuerzas de rozamiento o cuando la energía cinética de rotación varía debido a fuentes internas de energía.

Traducción al castellano del abstract original.