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La tercera ley de la termodinámica

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on 7 November 2013

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Transcript of La tercera ley de la termodinámica

La tercera ley de la termodinámica
"La entropía de un cristal perfecto es cero cuando la temperatura del cristal es igual a cero absoluto (0 K)"
Termodinámica
Entropía
Hay 3 conceptos importantes en termodinámica
Energía
Integrantes:
Sebastian Saavedra
Felipe Pizarro
Francisco Cruz
Hugo Riquelme
Profesor
Juan Chamorro
Equilibrio
Entropía
¿pero que es entropía?
"La entropía es la medida cuantitativa de desorden de un sistema"
la entropía representa la
segunda ley de la
termodinámica
y se puede resumir
en la siguiente
formula:
donde
S= representa a la entropía
K= es la constante de boltzmann
W: son las distintas formas en la que se encuentras los distintos componentes del sistema.
Procesos y entropía
Proceso Reversible
Proceso Irreversible
Proceso ideal
Proceso Real
un proceso reversible es aquel en el cual tanto el sistema como sus alrededores regresan a sus estados iniciales.
un proceso irreversible es
aquel que ocurre en forma
espontáneamente en una
dirección con cambios
drásticos, imposibles de
revertir.
ejemplo
ejemplo
ENUNCIADO DE KELVIN-PLANCK
“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”
ENUNCIADO DE KELVIN-PLANCK
ENUNCIADO DE CLAUSIUS
“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”
ENUNCIADO DE CLAUSIUS
ENUNCIADO DE CLAUSIUS
EL CICLO DE CARNOT
se produce cuando un equipo que trabaja absorbiendo una cantidad de calor Q1 de la fuente de alta temperatura y cede un calor Q2 a la de baja temperatura produciendo un trabajo sobre el exterior.

Sadi Carnot indicaba la necesidad de dos fuentes térmicas para que una máquina térmica pudiése funcionar.

CICLO DE CARNOT.
EL CICLO DE CARNOT
Carnot observo que el calor sólo puede producir trabajo si
existe un desnivel térmico
.al igual que el funcionamiento de una rueda hidráulica.
El ciclo de Carnot consta de cuatro etapas:
dos procesos isotermos
(a temperatura constante)
y dos adiabáticos
(aislados térmicamente)

ciclo de carnot
(considerando n=1 mol)
CICLO DE CARNOT
VIEDEO EXPLICATIVO CON EJEMPLO
LAS MÁQUINAS TÉRMICAS
Se llama máquina térmica a todo aparato que transforma el calor en trabajo, o viceversa, y ninguna de ellas tiene un rendimiento del 100 %.

El rendimiento viene dado por:


Como todos los procesos que tienen lugar en el ciclo ideal son
reversibles
, el ciclo puede
invertirse
. Si el objetivo de esta máquina es
extraer calor
de la fuente fría se denomina
máquina frigorífica
, y si es
aportar calor
a la fuente caliente se denomian
bomba de calor

LAS MÁQUINAS TÉRMICAS
Pueden clasificarse en dos categorías:
Máquinas de combustión externa (aquellas que obtienen el calor de una fuente exterior a la máquina, por ejemplo: la locomotora)

Máquinas de combustión interna (en las que la fuente térmica pertenece a la máquina, por ejemplo: los motores de explosión y los Diésel.

LAS MÁQUINAS TÉRMICAS
CICLO DE CARNOT
Primera ley de la termodinámica
El formulado matemático, para la primera ley de la termodinámica fue:
"En todo proceso en la naturaleza, la energía se conserva si se toma en cuenta el calor"
Forma diferencial
du=DQ - DW
Q= calor
w= trabajo
Aplicado a un sistema
"La energía no se crea ni se destruye, solo se transforma"
Clausius en 1850 y Thomson (Lord Kelvin) un año después, fueron los primeros en escribir los enunciados formales de la primera ley .
Rudolf Clausius (1822-1888)
William Thomson
(1824-1907)
Segunda ley de la termodinámica
expresa que :
"La cantidad de entropía del universo tiende a incrementarse en el tiempo"
Forma diferencial
ds = (DQ/T)-ds
De la segunda ley...
En procesos reversibles, la entropía del universo permanece constante.
En procesos irreversibles, la entropía del universo aumenta.
ds= 0 , proceso reversible

ds>0 , proceso irreversible

La combinación de las leyes
la combinación de ambas leyes, nos anuncia la dirección que siguen los procesos naturales y las situaciones en equilibrio. Con la segunda ley se formulo la imposibilidad de transformar una cantidad de calor ( energía de baja calidad) en trabajo ( energía de mayor calidad)
"La calidad de energía se degrada en procesos con flujo de calor, lo cual se encuentra en concordancia con el principio del aumento de entropía del universo"
Cuando combinamos la primera y la segunda ley de la termodinámica obtenemos que;
dU es menos o igual
a T por dS menos P por dV. Para procesos reversibles, esta ecuación se convierte en una igualdad
la tercera relación dice que el diferencia de la energía libre de helmholtz es igual a menos la entropía por diferencial de temperatura menos la presión por diferencial de volumen
¿Cuáles son las relaciones entres las primeras leyes de la termodinámica?
y por ultimo el diferencial de la energía de gibbs es igual a menos la entropía por el diferencial de la temperatura más el volumen por el diferencial de presión
otra relación involucra la entalpía, en donde se dice que la variación de esta ultima es igual a la temperatura por el diferencial de entropía más el volumen por el diferencial de la presión
El cambio de entropía asociada con cualquier sistema condensado al someterse a un proceso isotérmico reversible se aproxima a cero como enfoques de temperatura 0 K, donde sistema condensado se refiere a los líquidos y sólidos.
(Nernst-Simon)
Walther Hermann Nernst (1864-1941)
Una de ellas escala de Celcius
Para esta escala, se toman como puntos fijos, los puntos de ebullición y de solidificación del agua, a los cuales se les asignan los valores de 100 y 0 respectivamente. En esta escala, estos valores se escriben como 100° y 0°. Esta unidad de medida se lee grado Celsius y se denota por °C
Entropía absoluta
se dice que si se llegase al cero absoluto existiría un orden perfecto de la materia, pero es imposible, solo existen valores que tienden a cero pero jamas lo serán exactamente .
la entropía naturalmente tiende siempre a aumentar .Una de las teorías termodinámicas estadísticas establece la siguiente relación entre la entropía y la probabilidad termodinámica:
S=k*ln(a)
ESCALA KELVIN
Dado que 0 K corresponden a -273,15 °C, se puede hallar una fórmula de conversión
TK = TC + 273.15 C·
Motor Termodinámico
Maquina frigorífica
Ludwig Boltzmann
Boltzmann ayudo en la ecuación de la entropía absoluta y propuso que a mayor desorden que exista, mayor sera la entropía existente
(1844-1906)
Planck (1858-1947
Dato a considerar
La segunda ley de la termodinámica tuvo muchos enunciados algunos de ellos fueron:
"No es posible para una máquina cíclica llevar continuamente calor de un cuerpo a otro que esté a temperatura más alta, sin que al mismo tiempo se produzca otro efecto (de compensación)." Clausius.
"es completamente imposible realizar una transformación cuyo único resultado final sea el de cambiar en trabajo el calor extraído de una fuente que se encuentre a la misma temperatura." Kelvin y Planck.
Debemos considerar...
la primera ley es erróneamente, el principio de la conservación de la energía. solo se utiliza categóricamente para definir energia interna de un cuerpo.
por lo tanto las relaciones fundamentales entre la primera ley de la termodinámica y la segunda son:

du= tds - pdv
dh= tds + vdp
dA= -sdt - pdv
dG= -sdt + vdp

Cuales son las escalas termodinámicas de temperaturas
Motor y frigorífico
BIBLIOGRAFÍA
• Acevedo, T. A. (6 de julio de 2012). Fluidos y Termodinámica: Ciclos de Carnot. Obtenido de Fluidos y termodinámica: http://fluidosytermodinamicanataliaytania.blogspot.com/2012/07/fluidos-y-termodinamica-ciclo-de-carnot.html
• Anónimo. Termodinámica: segunda ley. México.
• C., E. (s.f.). ENUNCIADO DE CLAUSIUS Y KELVIN PLANK. Obtenido de Segunda ley de la termodinámica: http://termodinamica-2011.blogspot.com/p/enunciado-de-clausius.html
• Gayé, J. B. Formalismos y Métodos de la Termodinámica, Vol. 1. Reverté.
• ITESCAM. Termodinámica para IMAT. En ITESCAM, Leyes de la termodinámica (pág. 56).
• Jones, A. Z. (s.f.). Entropy. Obtenido de About physics education: http://physics.about.com/od/glossary/g/entropy.htm
• Khemani, H. (31 de August de 2008). What is Entropy? Obtenido de Bright Hub Engineering: http://www.brighthubengineering.com/thermodynamics/4534-what-is-entropy/
• Martínez, S. B. (1999). La termodinámica y el concepto de entropía.
• tublockupn.wordpress. (s.f.). Escalas de temperatura. Obtenido de Termodinámica: hace parte de la verdadera ciencia: http://tublockupn.wordpress.com/escalas-de-temperatura/

gracias por su atención
Aporte y autoevaluacion
Sebastian saavedra: portada, introducción, definiciones de: entropia, procesos reversibles e irreversibles, videos y formato.
Felipe Pizarro: Investigo las tres leyes de la termodinámica con especial enfoque a la entropía y investigo la relación entre la primera y la segunda ley de la termodinámica
Francisco Cruz: investigo sobre LAs ESCALAs DE TEMPERATURA de la termodinámica, motor y frigorífico termodinámico.
hugo Riquelme: Investigo sobre el ciclo de carnot y algunos postulados de la termodinamica.

Autoevaluación grupal: 6,3
hora efectiva de trabajo: 18 horas.
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