Segunda Ley de la Termodinmica - Entropa en AumentoLa Segunda Ley de la Termodinmica es comnmente conocida como la Ley de la Entropa en Aumento. Mientras que la cantidad permanece igual (Primera Ley), la calidad de la materia/energa se deteriora gradualmente con el tiempo. Por qu? La energa utilizable es inevitablemente usada para la productividad, crecimiento y reparaciones. En el proceso, la energa utilizable es convertida a energa inutilizable. Por esto, la energa utilizable es irrecuperablemente perdida en forma de energa inutilizable.

La "Entropa" es definida como una medida de energa inutilizable dentro de un sistema cerrado o aislado (el universo, por ejemplo). A medida que la energa utilizable decrece y la energa inutilizable aumenta, la "entropa" aumenta. La entropa es tambin un indicador de aleatoriedad o caos dentro de un sistema cerrado. A medida que la energa utilizable es irrecuperablemente perdida, el desorden, la aleatoriedad y el caos aumentan.Segunda Ley de la Termodinmica - En el Principio...Las implicaciones de la Segunda Ley de la Termodinmica son considerables. El universo est perdiendo constantemente energa utilizable y nunca ganndola. Concluimos lgicamente que el universo no es eterno. El universo tuvo un comienzo finito el momento en que tuvo una "entropa cero" (su estado ms ordenado posible). Como a un reloj al que se le ha dado toda la cuerda, al universo se le estado gastando la cuerda, como si en un punto estuvo completamente cargado y desde entonces se ha ido descargando. La pregunta es Quin le dio cuerda al reloj?

Las implicaciones teolgicas son obvias. El astrnomo de la NASA, Robert Jastrow, coment sobre estas implicaciones cuando dijo: "Los telogos, generalmente, estn encantados con la prueba de que el universo tuvo un comienzo, pero curiosamente, los astrnomos estn disgustados. Resulta que los cientficos se comportan de la misma manera que el resto de nosotros cuando nuestras creencias estn en conflicto con la evidencia." (Robert Jastrow,Dios y los Astrnomos,1978, pg. 16.)

Jastrow continu diciendo: "Para los cientficos que han vivido por su fe en el poder de la razn, la historia termina como un mal sueo. l ha escalado las montaas de la ignorancia; est a punto de conquistar el pico ms alto; al subirse a la ltima roca, es recibido por una banda de telogos que haban estado sentados all por siglos." (Dios y los Astrnomos,pg. 116.) Parece que el Huevo Csmico que fue el nacimiento de nuestro universo, lgicamente requiere de una Gallina Csmica...- See more at: http://www.allaboutscience.org/spanish/segunda-ley-de-la-termodinamica.htm#sthash.nT4xfYKY.dpufSegundo principio de la termodinmicaElsegundo principio de la termodinmicaosegunda ley de la termodinmica,Nota 1expresa que:La cantidad deentropadeluniversotiende a incrementarse en eltiempo.Nota 2Es una de las leyes ms importantes de lafsica; an pudindose formular de muchas maneras todas llevan a la explicacin del concepto deirreversibilidady al deentropa. Este ltimo concepto, cuando es tratado por otras ramas de la fsica, sobre todo por lamecnica estadsticay lateora de la informacin, queda ligado al grado dedesordende la materia y la energa de un sistema. La termodinmica, por su parte, no ofrece una explicacin fsica de la entropa, que queda asociada a la cantidad de energa no utilizable de un sistema. Sin embargo, esta interpretacin meramente fenomenolgica de la entropa es totalmente consistente con sus interpretaciones estadsticas. As, tendr ms entropa el agua en estado gaseoso con sus molculas dispersas y alejadas unas de las otras que la misma en estado lquido con sus molculas ms juntas y ms ordenadas.El segundo principio de la termodinmica dictamina que si bien la materia y la energa no se pueden crear ni destruir, sino que se transforman, y establece el sentido en el que se produce dicha transformacin. Sin embargo, el punto capital del segundo principio es que, como ocurre con toda lateora termodinmica, se refiere nica y exclusivamente a estados deequilibrio. Toda definicin, corolario o concepto que de l se extraiga slo podr aplicarse a estados de equilibrio, por lo que, formalmente, parmetros tales como latemperaturao la propiaentropaquedarn definidos nicamente para estados de equilibrio. As, segn el segundo principio, cuando se tiene un sistema que pasa de un estado de equilibrio A a otro B, la cantidad de entropa en el estado de equilibrio B ser la mxima posible, e inevitablemente mayor a la del estado de equilibrio A. Evidentemente, el sistema slo har trabajo cuando est en el trnsito del estado de equilibrio A al B y no cuando se encuentre en uno de estos estados. Sin embargo, si el sistema era cerrado, su energa y cantidad de materia no han podido variar; si la entropa debe de maximizarse en cada transicin de un estado de equilibrio a otro, y el desorden interno del sistema debe aumentar, se ve claramente un lmite natural: cada vez costar ms extraer la misma cantidad de trabajo, pues segn lamecnica estadsticael desorden equivalente debe aumentar exponencialmente.Aplicado este concepto a un fenmeno de la naturaleza como por ejemplo la vida de las estrellas, las mismas, al convertir elhidrgeno, su combustible principal, enheliogeneran luz y calor. Al fusionar los ncleos de hidrgeno en su interior la estrella libera la energa suficiente para producirlos a esa intensidad; sin embargo, cuando intenta fusionar los ncleos de Helio no consigue liberar la misma cantidad de energa que obtena cuando fusionaba los ncleos de hidrgeno. Cada vez que la estrella fusiona los ncleos de un elemento obtiene otro que le es ms intil para obtener energa y por ende la estrella muere, y en ese orden de ideas la materia que deja atrs ya no servir para generar otra estrella. Es as como el segundo principio de la termodinmica se ha utilizado para explicar el fin del universo.Formulacin de Kelvin-Planck para la Segunda Ley de la Termodinmica: Mquina de CalorUna mquina de calor es un dispositivo que convierte calor en trabajo til. Esto es, la energa fluye hacia el sistema en forma de calor y parte de esta energa sale del sistema en forma de trabajo hecho sobre el entorno. Ustedes conocen el proceso inverso, trabajo convertido en calor: las fuerzas de friccin convierten el trabajo en energa interna y esta energa puede ser transferida al entorno en forma de calor. Otro ejemplo es el trabajo mecnico sobre un generador elctrico que enva corriente a sus hogares, donde un calentador elctrico convierte el trabajo en energa interna, la cual fluye como calor. Un cilindro con pistn (tapa mvil) que contiene un gas ideal y sobre un reservorio trmico a cierta temperatura es un ejemplo representativo de una mquina de calor. Permitimos que el gas se expanda a isotrmicamente. El calor entra al gas desde el reservorio y el gas realiza trabajo. Listo, inventamos la mquina de calor, salvo algunos ``detalles'' tecnolgicos. Como la temperatura en constante la energa interna no cambia, obtenindo as un dispositivo que convierte calor en trabajo. Pero nuestra mquina de calor queriere algunos ajustes para que resulte til. Por ejemplo, no puede operar indefinidamente. El cilindro tiene una altura definida. Una maquinita ms til es la que opera en un ciclo, regresando al punto de partida despues de realizar cierto trabajo y as indefinidamente. Supongamos que el ciclo se realiza reversiblemente. Un ciclo en el sentido horario realiza trabajo negativo, es decir, el trabajo realizado por el sistema, que es justo lo que se busca. Un posible ciclo para una mquina de calor puede ser:1. Aumentamos la temperatura manteniendo el volumen constante (proceso iscoro), la presin aumenta;2. Aumentamos la tempetatura manteniendo la presin constante y permitiendo que el gas se expanda (aumento de volumen en un proceso isbaro);3. Disminuioms la temperatura mantiendo el volumen constante (proceso iscoro), la presin disminuye;4. Disminuimos la temperatura manteniendo la presin constante mientras el volumen decrece a su valor inicial (compresin isbara).En los procesos 1 y 2 el calor es positivo, es decir, entra; en los procesos 3 y 4 el calor sale. El calor entrante es(32)

y el calor saliente(33)

As, el calor neto es(34)

o equivalentemente(35)

En el ciclo, por tanto segn la primera Ley de la Temodinmica,por lo que podemos escribir(36)

y en consecuencia(37)

Muy bien, ahora definamos el rendimiento o eficiencia de la mquina de calor como la razn entre la cantidad neta de trabajo realizado por el gas sobre el entorno durante un ciclo y la cantidad de calor entrante:(38)

Si logrramos quela mquina fuera perfecta, pero la segunda Ley de la Termodinmica nos dice que esto es imposible, es decir, no es posible construir una mquina de caloreficiente (). La segunda Ley de la Termodinmica en la formulacin de Kelvin-Planck nos dice:No es posible en un procesocclicoconvertir calor completamente en trabajo sin que ocurra otro cambio.En otras palabras, es imposible reducira cero. Pero Por qu no?.Observe el nfasis que se hace en la palabra cclico. Hemos visto que el calor inyectado a un gas ideal se puede transformar completamente en trabajo, pero despus de la expansin el gas no se encuentra en el mismo estado inicial. Para que el gas regrese al mismo estado inicial, tiene que ceder calor.Segunda ley de termodinamica(Mquinas de calor)La segunda ley de la termodinmica:La segunda ley de termodinmica dice:"Es imposible que un sistema efecte un proceso en el que absorba calor de un depsito de temperatura uniforme y lo convierta totalmente en trabajo mecnico ,terminando en el estado en que inici".Este planteamiento es llamado el planteamiento de "mquina" de la segunda ley[Los fsicos tambin lo llaman planteamiento de [Kelvin-Planck].

Las prueba que se han hecho demuestran que es "imposible" construir una mquina de calor que transforme el calor totalmente en trabajo ,esto quiere decir que tenga una eficiencia trmica del 100%.

Esta imposibilidad es la base de uno de los planteamiento de la segunda ley de termodinmica.El fundamento de la segunda ley de termodinmica es la diferencia entre la naturaleza de la energa interna y la de la energa mecnica macroscpica.En un cuerpo en movimiento ,las molculas tienen movimiento aleatorio,a este se superpone un movimiento coordinado de todas las molculas en la direccin de la velocidad del cuerpo.La energa cintica asociada a este movimiento macroscpico coordinado es lo que llamamos energa cintica del cuerpo en movimiento .

La energa interna de un cuerpo son las energas cinticas y potenciales asociada al movimiento aleatorio de el cuerpo.Si un cuerpo que se desliza sobre una superficie se detiene por causa de la friccin , el movimiento organizado del cuerpo se transforma en movimiento aleatorio de molculas del cuerpo y de la superficie.Como no podemos controlar los movimientos de molculas individuales ,no podemos transformar todo este movimiento aleatorio otra vez en movimiento organizado.Solo podemos convertir una parte , esto es lo que hace una mquina de calor.

Si la segunda ley no se cumplieras ,nosotros podriamos impulsar un carro u operar planta de electricidad enfriando el aire de el alrededor .Ninguna de esta imposibilidades viola la primera ley de termodinmica ,por tanto la segunda ley no se deduce de la primera sino que esta es una ley natural independiente.El segundo planteamiento alterno de la segunda ley establece que el calor fluye espontneamente de los cuerpos ms calientes a los m fros,nunca al revs.

El refrigerador lleve calor de un cuerpo fro a uno ms caliente pero para esto requiere un aporte de energa mecnica o trabajo.Esto nos lleva al siguiente planteanmiento:"Es imposible que un proceso tenga como nico resultado la transferencia de calor de un cuerpo ms fro a uno ms caliente"Este planteamiento se conoce como plantemiento de "refrigerador" de la segunda ley[Tambin se conoce como planteamiento de Clausius].

Esto no viola la segunda ley de termodinmica que establece que el calor fluye de los cuerpos calientes a los fros ,el planteamiento del "refrigerador" lo que establece es que para hacer el proceso contrario debemos aadir trabajo mecnico.Enunciado de ClausiusElenunciado de Clausiusdel Segundo Principio de la Termodinmica prohbe la existencia de refrigeradores idealesEs imposible un proceso que tenga como nico resultado el paso de calor de un foco fro a un foco caliente

Como el enunciado de Kelvin-Planck, el enunciado de Clausius est formulado de manera negativa. Expresa un hecho emprico. En trminos llanos, el enunciado de Clausius nos dice que para enfriar algo por debajo de la temperatura ambiente es necesario un trabajo adicional, esto es, que un frigorfico no funciona si no se enchufaEl enunciado de Clausius establece un sentido para la propagacin del calor. ste fluye de manera espontnea de los cuerpos calientes a los fros, nunca a la inversa.3 Enunciado de Kelvin-PlanckA la hora de aumentar la eficiencia de una mquina, el primer objetivo sera reducir, o eliminar si es posible, el calor de desechoQout.

Se pueden plantear dos posibilidades Es posible eliminar el condensador y que una mquina trmica que no genere calor de desecho, sino que todo el calor absorbido se transforme en trabajo neto? Por ejemplo, podra usarse la turbina para enfriar directamente el vapor y reenviarlo a la caldera, sin pasar por un condensador donde se ceda calor al ambiente sin realizar trabajo til. Es posible una reutilizacin del calor de desecho, de forma que se haga recircular y se incluya en el calor absorbido? La idea sera que el calor de desecho contribuya a calentar el vapor, en lugar de arrojarlo al exterior.La respuesta a ambas preguntas es negativa.El enunciado de Kelvin-Planck del Segundo Principio de la Termodinmica es el siguiente:Es imposible construir una mquina que, operando en un ciclo, produzca como nico efecto la extraccin de calor de un foco y la realizacin de una cantidad equivalente de trabajo

Este enunciado refleja un hecho emprico y no se deduce de ninguna ley previa.El enunciado de Kelvin-Planck afirma que es imposible construir una mquina que tenga un rendimiento del 100%. Siempre habr calor de desecho que, en la mayora de los casos equivale a ms de la mitad del calor absorbido.Es importante sealar que el enunciado de Kelvin-Planck habla de procesoscclicos, que dejan al sistema en un estado final igual al inicial. S es posible transformar calor en trabajo si el estado final es diferente del inicial. Por ejemplo en una expansin isoterma de un gas, todo el calor que entra se transforma ntegramente en trabajo, pero al final el volumen del gas es diferente del inicial.4 Equivalencia entre enunciadosEs fcil probar que el enunciado de Kelvin-Planck y el de Clausius son equivalentes, aunque hablen de cosas completamente diferentes (uno del rendimiento de mquinas trmicas y el otro de la direccin en que fluye el calor). Para ello basta suponer que uno de ellos no se cumple y demostrar que ello implica que el otro tampoco. Al efectuar la demostracin en los dos sentidos, se llega a que son equivalentes.Supongamos en primer lugar que no se verifica el enunciado de Kelvin-Planck, es decir, existe una mquina que transforma ntegramente el calor en trabajo. En ese caso basta con utilizar un trabajo para alimentar un refrigerador

De esta forma el trabajo se emplea en absorber una cierta cantidad de calor del foco fro y cederla al foco caliente. Si ahora consideramos el conjunto de las dos mquinas como un solo dispositivo ya no hay trabajo en el sistema (ya que sera puramente interno) el nico efecto sera el trasvase de calor del foco fro al caliente. Esto constituye una violacin del enunciado de Clausius. Por tanto, si no se cumple el enunciado de Kelvin-Planck tampoco se cumple el de Clausius.Supongamos ahora que no se cumple el enunciado de Clausius y que existe un proceso que es capaz de absorber calor de un foco fro y cederlo a uno caliente. En este caso, nos basta con usar este dispositivo como bomba de achique para devolver el calor de desecho de una mquina trmica al foco caliente. En ese caso el resultado neto es que una cierta cantidad de calor se convierte ntegramente en trabajo, lo que constituye una violacin del enunciado de Kelvin-Planck.

Por tanto, si no se cumple el primero no se cumple el segundo y viceversa. O los dos enunciados son ciertos (lo que corrobora la experiencia hasta el momento) o los dos son falsos.Podemos ver cmo los dos enunciados se relacionan en la prctica. Una de las posibilidades tericas que podran plantearse para mejorar el rendimiento de una mquina de vapor sera enviar el calor de desecho en lugar de al ambiente, a la caldera, permitiendo el aprovechamiento de todo el calor que entra en la mquina. Sabemos que esto viola el enunciado de Kelvin-Planck. Es fcil ver que tambin viola el de Clausius: el vapor realiza trabajo moviendo la turbina. Al hacerlo se enfra, ya que el trabajo se hace a costa de la energa interna del vapor. Por tanto, el vapor que llega al condensador est ms fro que el que sale de la caldera. Para reconducir el calor del condensador a la caldera tendramos que hacer pasar calor de un punto ms fro a uno ms caliente, lo cual es imposible.ENUNCIADO DE CLAUSIUS Y KELVIN PLANKEnunciado de Clausius:Resulta deseable construir un refrigerador que pueda realizar su proceso con el mnimo de trabajo. Si se pudiera construir uno donde el proceso de refrigeracin se realice sin ningn trabajo, se tendra un refrigerador perfecto. Esto es imposible, porque se violara la segunda ley de la termodinmica, que es el enunciado de Clausius de la segunda ley (Rudolf Clausius, alemn 1822-1888):

Es imposible construir una mquina cclica, que no tenga otro efecto quetransferir calor continuamente de un cuerpo hacia otro, que se encuentre auna temperatura ms elevada.

En trminos sencillos, el calor no puede fluir espontneamente de un objeto fro a otro clido. Este enunciado de la segunda ley establece la direccin del flujo de calor entre dos objetos a diferentes temperaturas. El calor slo fluir del cuerpo ms fro al ms clido si se hace trabajo sobre el sistema.

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Representaicon esquematica de Clausius

Enunciado de Kelvin-Planck:

En la prctica, se encuentra que todas las mquinas trmicas slo convierten una pequea fraccin del calor absorbido en trabajo mecnico. Por ejemplo un buen motor de un automvil tiene una eficiencia aproximada de 20% y los motores diesel tienen una eficiencia en el rango de 35% a 40%. En base a este hecho, el enunciado de Kelvin Planck de la segunda ley de la termodinmica es el siguiente:Es imposible construir una mquina trmica que, operando en un ciclo, notenga otro efecto que absorber la energa trmica de una fuente y realizar lamisma cantidad de trabajo.

Representacion esquematica de una maquina termica imposible de construir.

Representacion esquematica de una maquina termica

Esto es equivalente a afirmar que es imposible construir una mquina de movimiento perpetuo (mvil perpetuo) de segunda clase, es decir, una mquina que pudiera violar la segunda ley de la termodinmica. (Una mquina de movimiento perpetuo de primera clase es aquella que puede violar la primera ley de la termodinmica (conservacin de la energa), tambin es imposible construir una mquina de este tipo.

Un refrigerador es una mquina trmica que opera en sentido inverso, como se muestra de manera esquemtica en la figura de abajo. La mquina absorbe calor QF de la fuente fra y entrega calor QC a la fuente clida. Esto slo puede ser posible si se hace trabajo sobre el refrigerador. De la primera ley, se ve que el calor cedido a la fuente caliente debe ser igual a la suma del trabajo realizado y el calor absorbido de la fuente fra.

Representacion esquematica de un refrigera

MQUINAS TRMICAS Y LA SEGUNDA LEY DE LA TERMODINMICA.Una mquina trmica es un dispositivo que convierte energa trmica en otras formas tiles de energa, como la energa elctrica y mecnica. Hace que una sustancia de trabajo recorra un proceso cclico durante el cual:1) Se absorbe calor de una fuente a alta temperatura. La mquina realiza un trabajo Libera calor a una fuente a temperatura ms baja.En un proceso caracterstico para producir electricidad en una planta de potencia, el carbn o algn otro tipo de combustible se quema y el calor generado se utiliza para producir vapor de agua. El vapor se quema y el calor generado se utiliza para producir vapor de agua. El vapor se dirige hacia las aspas de una turbina, ponindola a girar. Por ltimo, la energa mecnica asociada a dicha rotacin se usa para mover un generador elctrico. El motor de combustin interna en un automvil extrae calor del combustible en combustin y convierte una fraccin de esta energa mecnica.Una mquina trmica transporta alguna sustancia de trabajo a travs de un proceso cclico, definido como aquel en el que la sustancia regresa a su estado inicial.El trabajo neto W realizado por la mquina es igual al calor neto que fluye hacia la misma.En la figura se observa Qneto= Qh-Qc ; por lo tanto:W=Qh-QcDonde Qh y Qc se toman como cantidades positivas. Si la sustancia de trabajo es un gas, el trabajo neto realizado en un proceso cclico es el rea encerrada por la curva que representa a tal proceso en un diagrama PV.La eficiencia trmica ,e, de una mquina trmica se define como la razn del trabajo neto realizado al calor absorbido durante un ciclo:e=W=Qh-Qc=1-QcQh Qh QhEste resultado muestra que una mquina trmica tiene una eficiencia de 100% (e=1) slo si Qc=0, es decir, si no se libera calor a la fuente fra. En otras palabras, una mquina trmica con una eficiencia perfecta deber convertir toda la energa calorfica absorbida Qh en trabajo mecnico. La segunda ley de la termodinmica establece que esto es imposible.La figura 2 es un diagrama esquemtico de una imposible mquina trmica perfecta.Un refrigerador (o bomba de calor) es una mquina trmica que opera en sentido inverso (Figura 3), en la cual la mquina absorbe el calor Qc de la fuente fra y libera calor Qh a la fuente caliente. Esto slo puede ser posible si se hace un trabajo sobre el refrigerador. Por lo tanto, se ve que el refrigerador transfiere calor del cuerpo ms fro (el contenido del refrigerador) a un cuerpo ms caliente (el cuarto).Si se pudiera lograr sin hacer algn trabajo, se tendra un refrigerador perfecto(Figura 4).

El calor no puede fluir espontneamente de un objeto fro hacia uno caliente. El calor, solo fluir del ms fro hacia el ms caliente slo si hace trabajo sobre el sistema.PROCESOS REVERSIBLES E IRREVERSIBLES.El calor fluye en forma espontnea de un cuerpo ms caliente hacia uno ms fro cuando se ponen en contacto, pero el procesos inverso slo se puede lograr por medio de una influencia externa. Cuando un bloque se desliza sobre una superficie spera, finalmente se detendr. Dichos procesos unidireccionales se llaman procesos irreversibles. Un PROCESO es IRREVERSIBLE si el sistema y sus alrededores no pueden regresarse a su estado inicial.Un sistema puede ser REVERSIBLE si el sistema pasa de un estado inicial a un estado final a travs de una sucesin de estados de equilibrio. Si un proceso es real ocurre en forma cuasiesttica, es decir, lo suficientemente lento como para que cada estado difiera de modo infinitesimal del equilibrio, se puede considerar reversible.Como un proceso reversible se define por una sucesin de estado de equilibrio se puede representar por una curva en un diagrama dePV,en la cual se establece la trayectoria del proceso (Figura 5). Cada punto sobre la curva representa uno de los estado de equilibrio intermedios. Por otro lado, un proceso irreversible es aquel que pasa de un estado inicial a uno final a travs de una serie de estados de no-equilibrio. En este caso, slo los estado inicial y final se pueden representar en un diagrama dePV. Los estados intermedios, de no equilibrio pueden tener volmenes bien definidos, pero estos estados no estn caracterizados por una presin nica para todo el sistema. En lugar de ello, existen variaciones en la presin (y temperatura) a travs del rango de volumen y estas variaciones no persistirn si se dejan en libertad (es decir, condiciones de no equilibrio). Por esta razn, no es posible representar con una lnea un proceso irreversible en un diagrama dePV.

Ciclo de Carnot[actualizar]Para otros usos de este trmino, vaseCarnot.

Esquema de una mquina de Carnot. La mquina absorbe calor desde la fuente caliente T1y cede calor a la fra T2produciendo trabajo.

El ciclo de Carnot se produce cuando un equipo que trabaja absorbiendo una cantidad decalorQ1de la fuente de alta temperatura, cede un calor Q2a la de baja temperatura produciendo untrabajosobre el exterior. Elrendimientoviene definido por

y, como se ver adelante, es mayor que cualquier mquina que funcione cclicamente entre las mismas fuentes de temperatura. Unamquina trmicaque realiza este ciclo se denominamquina de Carnot.Como todos los procesos que tienen lugar en el ciclo ideal son reversibles, el ciclo puede invertirse. Entonces la mquina absorbe calor de la fuente fra y cede calor a la fuente caliente, teniendo que suministrar trabajo a la mquina. Si el objetivo de esta mquina es extraer calor de la fuente fra se denominamquina frigorfica, y si es ceder calor a la fuente caliente,bomba de calor.ndice[ocultar] 1El ciclo de Carnot 1.1Trabajo del ciclo 2Teoremas de Carnot 3Rendimiento 4Ciclo real 5Vase tambin 6Bibliografa 7Enlaces externosEl ciclo de Carnot[editar]

Diagrama del ciclo de Carnot en funcin de lapresiny elvolumen.

Diagrama del ciclo de Carnot en funcin de latemperaturay laentropa.El ciclo de Carnot consta de cuatro etapas: dos procesos isotermos (atemperaturaconstante) y dos adiabticos (aislados trmicamente). Las aplicaciones delPrimer principio de la termodinmicaestn escritos acorde con elCriterio de signos termodinmico.Expansinisoterma: (proceso 1 2 en el diagrama) Se parte de una situacin en que el gas se encuentra al mnimo volumen del ciclo y a temperatura T1de la fuente caliente. En este estado se transfiere calor al cilindro desde la fuente de temperatura T1, haciendo que el gas se expanda. Al expandirse, el gas tiende a enfriarse, pero absorbe calor de T1y mantiene su temperatura constante. Al tratarse de ungas ideal, al no cambiar la temperatura tampoco lo hace suenerga interna, y despreciando los cambios en laenerga potencialy lacintica, a partir de la1 ley de la termodinmicavemos que todo el calor transferido es convertido en trabajo:

Desde el punto de vista de laentropa, sta aumenta en este proceso: por definicin, una variacin de entropa viene dada por el cociente entre el calor transferido y la temperatura de la fuente en un proceso reversible:. Como el proceso es efectivamente reversible, la entropa aumentarExpansinadiabtica: (2 3) La expansin isoterma termina en un punto tal que el resto de la expansin pueda realizarse sin intercambio de calor. A partir de aqu el sistema se asla trmicamente, con lo que no hay transferencia de calor con el exterior. Esta expansin adiabtica hace que el gas se enfre hasta alcanzar exactamente la temperatura T2en el momento en que el gas alcanza su volumen mximo. Al enfriarse disminuye su energa interna, con lo que utilizando un razonamiento anlogo al anterior proceso:

Esta vez, al no haber transferencia de calor, la entropa se mantiene constante:Compresinisoterma: (3 4) Se pone en contacto con el sistema la fuente de calor de temperatura T2y el gas comienza a comprimirse, pero no aumenta su temperatura porque va cediendo calor a la fuente fra. Al no cambiar la temperatura tampoco lo hace la energa interna, y la cesin de calor implica que hay que hacer un trabajo sobre el sistema:

Al ser el calor negativo, la entropa disminuye:Compresinadiabtica: (4 1) Aislado trmicamente, el sistema evoluciona comprimindose y aumentando su temperatura hasta el estado inicial. La energa interna aumenta y el calor es nulo, habiendo que comunicar un trabajo al sistema:

Al ser un proceso adiabtico, no hay transferencia de calor, por lo tanto la entropa no vara:Trabajo del ciclo[editar]Por convencin de signos, un signo negativo significa lo contrario. Es decir, un trabajo negativo significa que el trabajo es realizado sobre el sistema.Con este convenio de signos el trabajo obtenido deber ser, por lo tanto, negativo. Tal como est definido, y despreciando los cambios enenerga mecnica, a partir de la primera ley:

Como dU (diferencial de laenerga interna) es una diferencial exacta, el valor de U es el mismo al inicio y al final del ciclo, y es independiente del camino, por lo tanto la integral de dU vale cero, con lo que queda

Por lo tanto, en el ciclo el sistema ha realizado un trabajo sobre el exterior.Teoremas de Carnot[editar]1.No puede existir una mquina trmica que funcionando entre dos fuentes trmicas dadas tenga mayor rendimiento que una de Carnot que funcione entre esas mismas fuentes trmicas.Para demostrarlo supondremos que no se cumple el teorema, y se ver que el no cumplimiento transgrede elsegundo principio de la termodinmica. Tenemos pues dos mquinas, una llamada X y otra, de Carnot, R, operando entre las mismas fuentes trmicas y absorbiendo el mismo calor de la caliente. Como suponemos que, y por definicin, dondeydenotan el trabajo producido y el calor cedido a la fuente fra respectivamente, y los subndices la mquina a la que se refieren.Como R es reversible, se le puede hacer funcionar comomquina frigorfica. Como, la mquina X puede suministrar a R el trabajoque necesita para funcionar como mquina frigorfica, y X producir un trabajo neto. Al funcionar en sentido inverso, R est absorbiendo calorde la fuente fra y est cediendo calora la caliente.El sistema formado por las dos mquinas funciona cclicamente realizando un trabajoe intercambiando un calorcon una nica fuente trmica, lo cual va en contra del segundo principio de la termodinmica. Por lo tanto:

2.Dos mquinas reversibles operando entre las mismas fuentes trmicas tienen el mismo rendimiento.Igual que antes, suponemos que no se cumple el teorema y veremos que se violar el segundo principio. Sean R1y R2dos mquinas reversibles, operando entre las mismas fuentes trmicas y absorbiendo el mismo calor de la caliente, con distintos rendimientos. Si es R1la de menor rendimiento, entonces.Invirtiendo R1, la mquina R2puede suministrale el trabajopara que trabaje como mquina frigorfica, y R2producir un trabajo.El sistema formado por las dos mquinas funciona cclicamente realizando un trabajoe intercambiando un calorcon una nica fuente trmica, lo cual va en contra de la segunda ley. Por lo tanto: