Relativistic mechanics and thermodynamics. V. Moving body entropy variations

Abstract

A didactic relativistic analysis of the cooling process of a sphere (Einstein process), initially at temperature $T_{\mathrm{I}}$, higher than that of the surrounding thermal reservoir $T_{\mathrm{R}}$, is presented. This analysis is conducted using a four-vector formalism that yields Newton’s second law and the first law of thermodynamics for the process in two frames: frame $\mathrm{K}$, where the system and thermal reservoir are at rest, and frame $\bar{\mathrm{K}}$, in the standard configuration relative to $\mathrm{K}$. Entropy variations are then computed in both frames based on energy exchange with the reservoir via thermal radiation (thermal photons) or thermal conduction (thermal phonons), by applying Born definition of heat and Clausius definition of entropy variation.

Resumen

Se presenta un análisis relativista didáctico del proceso de enfriamiento de una esfera (proceso de Einstein), inicialmente a una temperatura $T_{\mathrm{I}}$ mayor que la del foco térmico que la rodea, $T_{\mathrm{R}}$. El análisis se realiza con un formalismo cuadrivectorial que proporciona la segunda ley de Newton y el primer principio de la termodinámica del proceso en dos sistemas de referencia: el sistema $\mathrm{K}$, en el que la esfera y el foco térmico están en reposo, y el sistema $\bar{\mathrm{K}}$, en configuración estándar respecto de $\mathrm{K}$. A continuación se calculan las variaciones de entropía en ambos sistemas a partir del intercambio de energía con el foco por radiación térmica (fotones térmicos) o por conducción térmica (fonones térmicos), aplicando la definición de calor de Born y la definición de variación de entropía de Clausius.

Traducción al castellano del abstract original.