LOS PRINCIPIOS DE LA TERMODINMICAMAQUINAS TERMICAS

IntroduccinEl funcionamiento de las mquinas trmicas y frigorficas se basan en los dos principios de la termodinmica.Las mquinas trmicas son capaces de producir trabajo mecnico sin recurrir a fuente alguna de energa, o bien extrayendo energa de una sola fuente.Como curiosidad sealar que la mquina de vapor fue construida con anterioridad al establecimiento de la termodinmica. En este caso la aplicacin prctica (TCNICA) surgi antes que el descubrimiento terico (CIENCIA),en otras ocasiones es la tecnologa quien desarrolla y busca aplicaciones prcticas a un descubrimiento terico.

CIENCIA+TCNICA=TECNOLOGA

Calor y temperaturaEl calor es la energa que se transmite de un cuerpo a otro, es una energa en trnsito, por eso no tiene sentido hablar de calor almacenado en un cuerpo. La temperatura es una magnitud fsica que depende de la velocidad media de las partculas que constituyen el cuerpo (molculas).Cuanto mayor sea la velocidad de las partculas mayor ser su energa interna y por tanto su temperatura.

TERMODINMICA

SISTEMA TERMODINMICO

La termodinmica estudia las propiedades que se conocen como variables termodinmicas (composicin y concentracin de los componentes, presin, volumen, temperatura), que se refieren al comportamiento global de un nmero muy elevado de partculas y que definen el llamado estado del sistema.

Cuando estas variables tienen un valor definido para cada estado del sistema sin depender de los procesos que este haya experimentado reciben el nombre de funciones de estado.

TRANSFORMACIONES DE UN SISTEMA TERMODINMICOLas transformaciones de un sistema termodinmico desde un estado inicial a otro final pueden tener lugar de distintas formas que se representan grficamente en un diagrama P-V. es el coeficiente adiabtico y se calcula: CP/CV

Primer principio de la termodinmicaEn el ejemplo, al calentar el agua el tapn sale lanzado. El calor transmitido al agua se transforma en:-Lanzar el tapn (trabajo mecnico)-Aumentar la energa interna de las molculas de agua

CALOR MOLAR (ESPECFICO) A PRESIN Y VOLUMEN CONSTANTE

Clculo del trabajo de expansin, calor intercambiado y variacin de energa interna en algunas transformaciones de gases ideales.

La variacin de energa interna es independiente de las variaciones de presin y temperatura (ejemplo pgina 153).

Q=Wexp

2 Principio de la Termodinmica hay muchos enunciados equivalentes de la segunda ley de la termodinmica:

Un sistema aislado evoluciona de forma natural hacia las configuraciones ms probables. Un sistema aislado evoluciona de forma natural hacia la redistribucin de la energa disponible equitativamente entre sus partes. En los sistemas aislados, el calor fluye de los cuerpos calientes a los fros. La capacidad de un sistema aislado de convertir calor en trabajo decrece constantemente. (5) Aunque la energa se conserva, la energa disponible en cualquier sistema aislado siempre disminuye. (6) Los sistemas aislados evolucionan en el sentido en el que incrementan su entropa (disminuyen su orden).

Segundo principio de la termodinmica

Hay que darse cuenta de que la energa calorfica puede utilizarse para elevar una masa y realizar trabajo, slo porque haba una diferencia de temperaturas entre los dos gases.

Si inicialmente los gases hubieran estado a la misma temperatura, entonces el sistema habra estado en equilibrio y no habra habido flujo de calor.

Podra existir una gran cantidad de energa calorfica presente en ambos gases, en forma de movimientos moleculares, pero la energa no podra utilizarse para realizar trabajo.

Si el calor no fluye, el peso no se puede elevar.

El caso en el que las dos temperaturas son iguales, producira el mismo efecto que salir de la ducha y tratar de secarse con una toalla hmeda. Si la toalla est tan hmeda como t, no te podrs secar.NO EXISTE UNA MQUINA CAPAZ DE CONVERTIR EL CALOR EN TRABAJO A EXPENSAS DE UNA SOLA FUENTE

CONSECUENCIAS A NIVEL GLOBAL Ya que el calor fluye continuamente de los cuerpos calientes a los fros en todos los lugares del universo, como dice la segunda ley de la termodinmica, el universo pierde gradualmente su capacidad de realizar trabajo. La cantidad total de energa disponible disminuye constantemente. No slo es que todas las mquinas del universo se estn descargando, sino que adems la capacidad de reconvertir el calor resultante en trabajo se reduce con el tiempo. No hay forma de eludir la unidireccionalidad de la segunda ley de la termodinmica.Esta implicacin sorprendente de la segunda ley, que ha intrigado y alarmado a la gente desde mediados del siglo xIx, se ha denominado la muerte trmica del universo. An se debate entre los fsicos de qu manera se aplica la segunda ley de la termodinmica al universo como un todo.

Mquinas trmicas El deseo de construir mquinas tan eficientes como fuera posible fue el motivo de gran parte de la comprensin de la segunda ley. La primera de estas investigaciones la realiz el cientfico, fsico e ingeniero francs Sadi Carnot (memoria clsica Reflections on the Motive Power of Fire(*) (1824) )una vez que la revolucin industrial estaba a pleno ritmo. En particular, Carnot quera saber la eficiencia terica mxima de una mquina trmica (dispositivo que puede realizar trabajo movido por calor, llamado motor trmico.) (*)Reflexiones sobre la potencia motriz del fuego y sobre las mquinas adecuadas para desarrollar esta potencia

Ciclo de CARNOT

La entropa es una magnitud que determina el grado de desorden de un sistema. S=Q/TLa tendencia en la naturaleza es a evolucionar a estados de mayor desorden

En el prximo tema veremos las aplicaciones del ciclo de Carnot: Mquina trmica y mquina frigorficaVer animacin