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SEGUNDA LEY DE LA TERMODINAMICA

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by

Mario Ramos

on 24 November 2016

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Transcript of SEGUNDA LEY DE LA TERMODINAMICA

SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA
ALGUNAS CONSIDERACIONES CON LA PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA

Conocemos que la primera ley de la termodinámica, es la ley de conservación de la energía para incluir EL CALOR como una forma de transferencia de energía, es decir un aumento en algunas de las formas de energía debe estar acompañado por una disminución en alguna otra forma de la misma.

Pero existe una diferencia muy importante entre el trabajo y el calor que no se evidencia de la primera ley, es posible convertir completamente el trabajo en calor,
pero en la práctica
, es imposible convertir completamente el calor en trabajo sin modificar los alrededores. (CHANG,2009)

Por lo que la SEGUNDA LEY no dice que no sea posible la extracción de calor de un foco frío a otro más caliente. Simplemente dice que dicho proceso nunca será espontáneo (PEREZ; 2000)
SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA
De la segunda ley se deriva que, en un proceso natural, el calor se transfiere siempre de un cuerpo con mayor temperatura a uno con menor temperatura y nunca al contrario. Si quisiéramos realizar lo contrario sería mediante un proceso artificial, con la intervención de un trabajo.

Por lo que la segunda ley de la termodinámica establece cuales procesos de la naturaleza pueden ocurrir o no, entre cuales.

1) Cuando dos objetos que están a diferente temperatura se ponen en contacto térmico entre sí, el calor fluye del objeto más cálido al más frío, pero nunca del más frío al más cálido.

2) La sal se disuelve espontáneamente en el agua, pero la extracción de la sal del agua requiere alguna influencia externa. (CENGEL,2011)

SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA
SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA

PERDIDAS DE ENERGÍA.

En la primera ley,
DOS CUERPOS PUESTOS EN CONTACTO ALCANZAN EL EQUILIBRIO TÉRMICO SEA POR CONDUCCIÓN, CONVECCIÓN O RADIACIÓN.

Enunciando la segunda ley de la termodinámica,
el calor jamás fluye espontáneamente de un objeto frío a un objeto caliente,

La segunda ley afirma que no es posible construir una máquina capaz de convertir por completo, de manera continua, la energía térmica en otras formas de energía.

Entonces las perdidas de energía en una maquina térmica,
CUANDO REALIZA EL TRABAJO, ES EL CALOR QUE ESCAPO AL MEDIO AMBIENTE DURANTE LA CONVECCIÓN Y RADIACIÓN Y POR LA FRICCIÓN DE MATERIALES. (NUÑEZ, 2012)

SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA
AXIOMAS DE LA SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA

Axioma de Kelvin – Planck.
MAQUINAS TÉRMICAS


“Es imposible construir una máquina térmica que, operando en un ciclo, no tenga otro efecto que absorber la energía térmica de una fuente y realizar la misma cantidad de trabajo”.

Esto significa que para que opere la máquina es necesario que absorba calor de un fuente de alta temperatura realice trabajo, y la cantidad de calor que no se ha transformado debe emitir una fuente de baja temperatura

SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA
AXIOMAS DE LA SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA

Axioma de Clausius.
REFRIGERADORES

“Es imposible construir una máquina cíclica, que no tenga otro efecto que transferir calor continuamente de un cuerpo hacia otro, que se encuentre a una temperatura más elevada”.

EL
CALOR NO PUEDE FLUIR ESPONTÁNEAMENTE DE UN OBJETO FRÍO A OTRO CÁLIDO,
Este enunciado establece la dirección del flujo de calor entre dos objetos a diferentes temperaturas. El calor sólo fluirá del cuerpo más frío al más cálido si se hace
TRABAJO SOBRE EL SISTEMA
. (CENGEL, 2011)


SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA
PROCESOS REVERSIBLES E IRREVERSIBLES.

Los procesos reales se producen en una dirección preferente, es así como el calor fluye en forma espontánea de un cuerpo más cálido a otro más frío, pero el proceso inverso sólo se puede lograr con alguna influencia externa.

En general, un proceso es irreversible si el sistema y sus alrededores no pueden regresar a su estado inicial.

Un proceso es reversible si su dirección puede invertirse en cualquier punto mediante un cambio infinitesimal en las condiciones externas.

Una transformación reversible se realiza mediante una sucesión de estados de equilibrio del sistema con su entorno y es posible devolver al sistema y su en- torno al estado inicial por el mismo camino.




SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA
PROCESOS REVERSIBLES E IRREVERSIBLES.

El segundo principio establece a que existen procesos que pueden recorrerse en un sentido, pero no el opuesto. Podemos transformar íntegramente el trabajo en calor
(es lo que hace una estufa de resistencias
), pero no el calor en trabajo (
ya que lo prohíbe el enunciado de Kelvin-Planck)
.

Existen dos formas de definir los procesos reversibles, que expresan el mismo hecho, pero no se ha probado que sean equivalentes.

Un proceso reversible es aquel:

Que se puede recorrer en los dos sentidos, pasando exactamente por los mismos estados, de forma que el estado final del sistema y del entorno sea exactamente igual al inicial, es decir, que el proceso se puede deshacer sin dejar ninguna huella.

Cuyo sentido puede invertirse mediante un cambio infinitesimal de las condiciones del entorno.

MAQUINAS TÉRMICAS

Es un dispositivo que convierte energía térmica en otras formas útiles de energía, como la energía eléctrica y/o mecánica.

De manera explícita, una máquina térmica es un dispositivo que hace que una sustancia de trabajo recorra un proceso cíclico durante el cual

1) Se absorbe calor de una fuente a alta temperatura,
2) La máquina realiza un trabajo y
3) Libera calor a una fuente a temperatura más baja.
4) Trabaja en ciclo.

Las máquinas térmicas son sistemas que transforman calor en trabajo, por ejemplo: la máquina de vapor, el motor de un coche, e incluso un refrigerador, que es una máquina térmica funcionando en sentido inverso.

Una máquina térmica transporta alguna sustancia de trabajo a través de un proceso cíclico, definido como aquel en el que la sustancia regresa a su estado inicial. Como ejemplo de un proceso cíclico, considérese la operación de una máquina de vapor en la cual la sustancia de trabajo es el agua. El agua se lleva a través de un ciclo en el que primero se convierte a vapor en una caldera y después de expande contra un pistón. Después que el vapor se condensa con agua fría, se regresa a la caldera y el proceso se repite.

En la operación de cualquier máquina térmica, se extrae una cierta cantidad de calor de una fuente a alta temperatura, se hace algún trabajo mecánico y se libera otra cantidad de calor a una fuente a temperatura más baja.
ENTROPÍA

Sistema es cualquier colección de materia que se quiera estudiar, o sea aquella en que concentramos nuestra atención en un momento dado.

Un sistema puede ser un átomo, una molécula, un compuesto, una célula, un organismo, una cámara fotográfica, un televisor, un insecto, una flor, etc.

La estabilidad de un sistema depende básicamente de la entropía. El segundo principio de la termodinámica no se limita exclusivamente a máquinas térmicas sino que se ocupa, en general, de todos los procesos naturales que suceden de manera espontánea, también se ocupa de la evolución natural de los sistemas termodinámicos, es decir, de la dirección en que avanzan, la cual se asocia a la distribución molecular interna de las moléculas. (CENGEL,2011).






SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA
EQUIVALENCIA ENTRE LOS DOS CICLOS

Es fácil probar que el enunciado de Kelvin-Planck y el de Clausius son equivalentes, aunque establezcan de cosas completamente diferentes (uno del rendimiento de máquinas térmicas y el otro de la dirección en que fluye el calor).






SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA
FIG 4: PROCESO IRREVERSIBLE
Fuente: http://laplace.us.es/wiki/index.php/Segundo_principio_de_la_termodin%C3%A1mica_(GIE)
FIG 1: AXIOMA DE KELVIN
Fuente: http://laplace.us.es/wiki/index.php/Segundo_principio_de_la_termodin%C3%A1mica_(GIE)
Fuente: http://laplace.us.es/wiki/index.php/Segundo_principio_de_la_termodin%C3%A1mica_(GIE)
FIG 2: AXIOMA DE CLAUSIUS
Fuente: http://laplace.us.es/wiki/index.php/Segundo_principio_de_la_termodin%C3%A1mica_(GIE)
Fuente: http://laplace.us.es/wiki/index.php/Segundo_principio_de_la_termodin%C3%A1mica_(GIE)
La entropía puede ser la magnitud física termodinámica que permite medir la parte no utilizable de la energía contenida en un sistema. Esto quiere decir que dicha parte de la energía no puede usarse para producir un trabajo.


Se entiende por entropía también a la medida del desorden de un sistema. En este sentido, está asociada a un grado de homogeneidad.

La entropía de formación de un compuesto químico se establece midiendo la que conforma a cada uno de sus elementos constituyentes. A mayor entropía de formación, más favorable será su formación.

En la teoría de la información, la entropía es la medida de la incertidumbre que existe ante un conjunto de mensajes (de los cuales sólo se recibirá uno solo). Se trata de una medida de la información que es necesaria para reducir o eliminar la incertidumbre (CHANG,2009)
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