CONCEPTOS BÁSICOS, SEGUNDA LEY DE LA TERMODINAMICA.
Fecha: 12 – Marzo – 2012.
Resumen
CONCEPTOS BÁSICOS SEGUNDA LEY DE LA TERMODINAMICA. Introducción: Las primeras fuentes de energía utilizadas por las personas fueron los combustibles: madera, carbón, etc. También las primeras máquinas con motor consumían combustibles, como la máquina de vapor desarrollada en el siglo XVIII, que quemaba carbón para mover los pistones. Estos motores son los motores térmicos.
Maquinas térmicas. Una maquina térmica se puede definir como un dispositivo que funciona en un ciclo termodinámico y que realiza cierta cantidad de trabajo neto positivo a través de la transferencia de calor desde un cuerpo a temperatura elevada y hacia un cuerpo a baja temperatura. Es un conjunto de elementos mecánicos que permite intercambiar energía, generalmente a través de un eje, mediante la variación de energía de un fluido que varía su densidad significativamente al atravesar la máquina. Se trata de una máquina de fluido en la que varía el volumen específico del fluido en tal magnitud que los efectos mecánicos y los efectos térmicos son interdependientes. Con frecuencia el termino maquina térmica se utiliza en un sentido más amplio que incluye a todos los dispositivos que producen trabajo. Entre las que tenemos las maquinas refrigerantes y las bombas de calor. El mejor ejemplo de estas maquinas térmicas son los refrigeradores y bombas de calor que tienen como fin enfriar o calentar un entorno. El proceso a partir del cual se produce el trabajo se llama ciclo. El proceso de una maquina térmica es un proceso cerrado y en general la maquina abosorbera o perderá calor durante diversas etapas del ciclo de trabajo.
Eficiencia Térmica. El rendimiento térmico o eficiencia de una máquina térmica un coeficiente o ratio adimensional calculado como el cociente de la energía producida (en un ciclo de funcionamiento) y la energía suministrada a la máquina (para que logre completar el ciclo). Se designa con la letra griega ηter :
Dependiendo del tipo de máquina térmica, la transferencia de estas energías se realizará en forma de calor , Q, o de trabajo, W. Un motor de pistones, alimentado con gasolina, no es capaz de alcanzar 100% de eficiencia térmica. Es decir, no puede aprovechar todo el calor generado por la combustión para transformarlo en fuerza motriz. Los motores de combustión interna a gasolina son derrochadores, su eficiencia térmica es bastante pobre. Alrededor de
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30% de la energía calórica que disponen, la transforman en movimiento y la otra parte la disipan (pérdida), hacia la atmósfera.
Maquina de movimiento perpetuo de primera especie. El móvil perpetuo, es una máquina hipotética que sería capaz de continuar funcionando eternamente, después de un impulso inicial, sin necesidad de energía externa adicional. Su existencia violaría teóricamente la segunda ley de la termodinámica, por lo que se considera un objeto imposible. Los móviles perpetuos de primera especie violan la primera ley de la termodinámica, que es la que afirma la conservación de la energía. Así, producen más energía de la que consumen, pudiendo funcionar eternamente una vez encendidos. Muchos de estos diseños utilizan imanes como fuente de energía libre, y asumen que no hay rozamiento. Así, aunque estos inventos no puedan funcionar eternamente, son a veces capaces de funcionar por sí mismos por largos períodos, siempre que no se les obligue a realizar ningún trabajo sobre su entorno. Esta clase de máquinas, que no sólo se mueven de forma constante sino que producen más energía de la que consumen, se denominan ahora Móviles Perpetuos de Primera Especie o MPPE, y hasta el momento no se ha encontrado ninguno que funcione.
Maquina de movimiento perpetuo de segunda especie. El móvil perpetuo de segunda especie es aquel que desarrolla un trabajo de forma cíclica (indefinida) intercambiando calor sólo con una fuente térmica. También es llamado móvil de Planck, y es imposible de construir bajo la Segunda ley de la termodinámica. En este caso se trataba de lograr que la energía térmica acumulada en un lago, el mar, un río, etc., pudiese ser extraída y convertida en trabajo mecánico en un proceso cíclico. Ahora no existía una contradicción entre este propósito y el Principio de Conservación de la Energía, pues se trataba de transformar una cierta cantidad de energía térmica. Utilizando una terminología coloquial, o energía interna, utilizando un lenguaje más técnico, en la misma cantidad de energía mecánica, o trabajo útil, con lo que la energía total permanecía constante. Esta clase de máquinas se denominan ahora Móviles Perpetuos de Segunda Especie o MPSE y tampoco parece que exista ninguno que pueda funcionar realmente. De nuevo la aparente imposibilidad de obtener esta clase de máquinas llevó a elevar a la categoría de principio el hecho de que tales máquinas no se pueden construir. Surge así el Segundo Principio de la Termodinámica que, en una de sus formulaciones, explicita que no es posible obtener nada de trabajo mecánico a partir de una única fuente de calor sin que nada más cambie, es decir, en procesos cíclicos.
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Irreversibilidades. En un proceso es la transferencia de calor a través de una diferencia finita de temperaturas, sin obtener trabajo por esa transferencia. Si el interior del sistema esta a una temperatura distinta que la de su frontera el proceso será irreversible si se transfiere calor internamente. Transformación de un sistema pasando de un estado inicial a un estado final, es irreversible si el paso del estado final al inicial es imposible sin efectuar ningún cambio del entorno. Algunas de las causas de la irreversibilidad que se encuentran en casos reales son: -
Resistencia eléctrica. Motores eléctricos. Ondas de choque en aire u otros fluidos. Combustión de gases y otras sustancias reacciones químicas espontáneas. Mezcla de 2 sustancias iguales cuando se encuentran a distintas temperaturas o presiones - Flujo de un líquido o un gas viscoso sobre una superficie solida. - Amortiguamiento interno. Todas causadas por: - Fricción entre dos superficies solidas. - Expansión o comprensión de un líquido o gas con una velocidad finita. - Transferencia espontanea de calor.
Conclusión: Por medio del desarrollo de esta investigación pude darme una idea mas clara acerca de lo que trata el tema de la segunda ley de la termodinámica, aprendí que existen distintos tipos de maquinas capaces de convertir cualquier todo de calor en energía mecánica llamada maquinas térmicas y la construcción de algunas de ellas aunque es de mencionar.
Bibliografía: http://www.slideshare.net/tonivi99/maquinas-termicas-2953554 http://recursostic.educacion.es/newton/web/materiales_didacticos/maquinastermicas/index.html http://www.loreto.unican.es/Termodin/TermoMovPer.pdf http://www.librosmaravillosos.com/perpetuum/introduccion.html http://books.google.com.mx/books? id=1rIBBXQhmCwC&pg=PA93&lpg=PA93&dq=irreversibilidades+termodinamica&source=bl&ots= iiSUBa1c6f&sig=g8Tb47-
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