Segunda ley de termodinámica

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Los procesos reversibles son procesos en cuasiequilibrio; son una idealizacin que puede lograrse si los gradientes de temperatura y

las diferencias de presin en la sustancia muy pequeos.

Hay una relacin entre la direccin de un proceso y el desorden o aleatoriedad del estado resultante. Por ejemplo, en la expansin libre de un

gas, el aire est ms desordenado despus de expandirse a todo el recipiente que cuando estaba confiando a un lado.


Mquinas trmicas

Todas las mquinas trmicas absorben calor de una fuente a una temperatura relativamente alta, realizan un trabajo mecnico y desechan o rechazan algo de calor a una temperatura ms baja. En lo que a la mquina concierne, el calor desechado se desperdicia.

= =


EJEMPLO 1.- Una mquina trmica absorbe 360 J de calor y realiza un trabajo de 25 J en cada ciclo. Encuentre: a) la eficiencia de la mquina y b) el calor liberado en cada ciclo.

Q1 = 360 J W = 25 JQ1 : calor absorbido por la mquina = 360 JQ2 : calor liberado a la fuente fra = ??W : trabajo realizado por la mquina = 25 J

EJEMPLO 2.- Una mquina absorbe 1600 J de una fuente caliente con una eficiencia del 37%. Calcular a) el calor liberado a la fuente fra y b) la potencia de salida de la mquina si cada ciclo dura 0,15 s.

Q1 = 1600 J e = 0,37Q1 : calor absorbido por la mquina =1600 JQ2 : calor liberado a la fuente fra = ??W : trabajo realizado por la mquina = ??


Motores de combustin interna


El ciclo de Carnot Es el ciclo de una mquina trmica ideal que tiene la mxima eficiencia posible.=


EJEMPLO 3.- Se ha propuesto una planta de potencia que haga uso del gradiente de temperatura en el ocano. El sistema se dise para operar entre 20C (temperatura de la superficie del agua) y 5C (temperatura del agua a una profundidad de casi 1 km). a) Cul es la mxima eficiencia de dicho sistema? b) Si la potencia de salida de la planta es de 75 MW cunta energa trmica se absorbe por hora?


RefrigeradoresUn refrigerador es como una mquina trmica que opera en reversa.


EJEMPLO 4.- Un refrigerador tiene un coeficiente trmico de operacin igual a 5. Si el refrigerador absorbe 120 J de calor de una fuente fra en cada ciclo, encuentre: a) el trabajo hecho en cada ciclo y b) el calor liberado hacia la fuente caliente.


La segunda ley de la termodinmicaEs imposible que un sistema efecte un proceso en el que absorba calor de una fuente de temperatura uniforme y lo

convierta totalmente en trabajo mecnico, terminando en el mismo estado en que inici.

Planteamiento de Kelvin-Planck

La primera ley niega la posibilidad de crear o destruir energa; la segunda limita la disponibilidad de la energa y las formas en que puede usarse y convertirse.

Es imposible que un proceso tenga como nico resultado la transferencia de calor de un cuerpo ms fro a uno ms caliente.

Planteamiento de Clausius


ENTROPALa entropa es una medida cuantitativa del desorden.

Si se agrega un calor total Q durante un proceso isotrmico reversible a temperatura absoluta T, el cambio de entropa total DS = S2 S1, est dado

por

= (J/K)

Si se incluyen todos los sistemas que participan en un proceso, la entropa se mantiene constante, o bien, aumenta. En otras palabras, no puede haber un proceso en el que la entropa total disminuya, si se incluyen todos los sistemas que participan en el proceso.

Tercer Enunciado de la 2da Ley de la Termodinmica


EJEMPLO 5.- Una bandeja contiene 500 g de agua a 0C. Calcule el cambio en la entropa del agua al congelarse completa y lentamente a 0C.


Segunda ley de termodinámica

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