Tema: La segunda ley de la termodinmica! Entro"ía# reversi$ilidad# irreversi$ilidad y e%uili$rio! Princi"io de Carnot!
Integrantes: &endi C'ong Teresa Teresa (illavicencio )adeline *rosco +arla C'oe, -yron .eyes
)odulo: /00A00
Asignatura:
Físico 1 Química
A2o 3456 7 3458
:
La Segunda Ley De La Termodinámica La segunda ley de la termodinámica establece cuales procesos de la naturaleza pueden ocurrir o no. De todos los procesos permitidos por la primera ley, solo ciertos tipos de conversión de energía pueden ocurrir. Los siguientes son algunos procesos compatibles con la primera ley de la termodinámica, pero que se cumplen en un orden gobernado por la segunda ley (Jaramillo, 2!!" . !" #uando dos ob$etos que están a di%erente temperatura se ponen en contacto t&rmico entre sí, el calor %luye del ob$eto más cálido al más %río, pero nunca del más %río al más cálido. 2" La sal se disuelve espontáneamente en el agua, pero la e'tracción de la sal del agua requiere alguna in%luencia e'terna.
" #uando se de$a caer una pelota de goma al piso, rebota )asta detenerse, pero el proceso inverso nunca ocurre.
*odos estos son e$emplos de procesos irreversibles, es decir procesos que ocurren naturalmente en una sola dirección. +inguno de estos procesos ocurre en el orden temporal opuesto. i lo )icieran, violarían la segunda ley de la termodinámica. La naturaleza unidireccional de los procesos termodinámicos establece una dirección del tiempo.
La segunda ley de la termodinámica, que se puede enunciar de di%erentes %ormas equivalentes, tiene muc)as aplicaciones prácticas. Desde el punto de vista de la ingeniería, tal vez la más importante es en relación con la e%iciencia limitada de las máquinas t&rmicas. -'presada en %orma simple, la segunda ley a%irma que no es posible construir una máquina capaz de convertir por completo, de manera continua, la energía t&rmica en otras %ormas de energía (Jaramillo, 2!!" .
-'isten di%erentes %ormas de enunciar la segunda ley de la termodinámica, pero en su versión más simple, establece que “el calor jamás fluye espontáneamente de un objeto frío a un objeto caliente” .
Forma de Kelvin – Planck de la segunda ley de la termodinámica.
-n la práctica, se encuentra que todas las máquinas t&rmicas sólo convierten una pequea %racción del calor absorbido en traba$o mecánico. /or e$emplo un buen motor de un automóvil tiene una e%iciencia apro'imada de 20 y los motores diesel tienen una e%iciencia en el rango de 10 a 0. -n base a este )ec)o, el enunciado de 3elvin 4 /lanc5 de la segunda ley de la termodinámica es el siguiente6
“es imposible construir una máuina t!rmica ue" operando en un ciclo" no tenga otro efecto ue absorber la energía t!rmica de una fuente y reali#ar la misma cantidad de trabajo”.
8igura !1.! 9epresentación esquemática de una máquina t&rmica
8igura !1.2 9epresentación esquemática de una máquina t&rmica im osible de construir
8igura !1. 9epresentación -squemática de un re%rigerador.
Entropía La de%inición más elemental de este concepto es la siguiente6 -ntropía es el grado de desorden que tiene un sistema. La palabra entropía procede del griego em que signi%ica sobre, en y cerca de7 y sqopg, que signi%ica giro, alternativa, cambio, evolución o trans%ormación. La entropía es un patrón de medida. -n %ísica esto se aplica a la segunda ley de la termodinámica, la cual dice que los sistemas aislados tienden al desorden, es decir, las cosas tienden al caos a medida que pasa el tiempo (no )ay más
que %i$arse en el organismo de un ser vivo"7 mientras que en la teoría de la comunicación este concepto es empleado como un n: que mide el grado de incertidumbre que posee un mensa$e. (;ustamante, 2!2" .
La entropía es nula cuando la certeza es absoluta, y alcanzará un má'imo cuando el sistema se acerca al equilibrio. #uando la entropía sea má'ima en el universo, esto es, e'ista un equilibrio entre todas las temperaturas y presiones, llegará la muerte t&rmica del universo. *oda la energía se encontrará en %orma de calor y no podrán darse trans%ormaciones energ&ticas.
/ara un proceso reversible cuasiestático entre dos estados de equilibrio, si dQ es el calor absorbido o liberado por el sistema durante alg
-s decir6
La unidad de medida de la entropía en el = es J>3. #uando el sistema absorbe calor,
dQ es positivo y la entropía aumenta. #uando el sistema libera calor, dQ es negativo y la entropía disminuye. La ecuación !1.? no de%ine la entropía, sino el cambio de entropía. /ara calcular el cambio de entropía en un proceso %inito, se debe reconocer que en el caso general T no es constante. i dQ es el calor trans%erido cuando el sistema se encuentra a una temperatura T , entonces el cambio de entropía en un proceso reversible cualquiera entre un estado inicial y un estado %inal es (;ustamante, 2!2" .
Procesos Reversibles E Irreversibles Y Equilibrio.
Procesos reversibles son aquellos en el que el sistema permanece constantemente en equilibrio con el entorno. -l camino del estado @ al ; se produce de %orma in%initamente lenta7 modi%icando ligeramente (idealmente de manera in%initesimal" las condiciones es posible revertir el proceso y regresar por el mismo camino de ; al @7 es por ello un proceso ideal. Dic)o de otro modo, la reversibilidad se re%iere a la )abilidad de un cambio in%initesimal en una variable para cambiar la dirección de un proceso. /or e$emplo reversibilidad mecánica se re%iere a la igualdad de la presión que act
Procesos irreversibles son aquellos que mani%iestan una tendencia a producirse en un determinado sentido de manera espontánea. -n ellos no e'iste equilibrio entre el sistema y el entorno y el sistema evoluciona de %orma espontánea )asta alcanzarlo. +o es posible detenerlo e invertir el proceso por el mismo camino. -l paso de energía interna de un cuerpo caliente a otro más %río, el paso de un gas del recinto de mayor presión a otro, o la disolución de un colorante de una gota de tinta en el agua. La producción de calor por rozamiento es un proceso irreversible, pues no se puede invertir el proceso ya que se liberaría más energía en %orma de calor, por rozamiento. -n termodinámica la irreversibilidad se re%iere generalmente al rápido calentamiento y o a la s
Equilibrio químico -l equilibrio químico es un estado de un sistema reaccionante en el que no se observan cambios a medida que transcurre el tiempo, a pesar de que siguen reaccionando entre sí las sustancias presentes. #onsideremos que la siguiente reacción reversible se produce a una determinada temperatura en un recipiente cerrado (Aega, 2!" .
Donde6
vd6 velocidad de %ormación de los productos (reacción )acia la derec)a" vi6 velocidad de descomposición de los productos para dar nuevamente reactivos (reacción )acia la izquierda"
!"mo se clasi#ican los equilibrios químicos$ Los equilibrios químicos se pueden clasi%icar en %unción del estado de agregación en el que se encuentran reactivos y productos. @sí, distinguimos entre equilibrios )omog&neos y )eterog&neos % •
Bn equilibrio &omog'neo es aquel en el que los reactivos y los productos se encuentran en el mismo estado de agregación, como las reacciones en %ase gas o en disolución6 +2C(g" ⇔ 2+C2(g" ##CC(aq" ⇔ E(aq" E ##CC 4 (aq"
•
Bn equilibrio &eterog'neo es aquel en el que los reactivos y los productos se encuentran en distinto estado de agregación. /or e$emplo, cuando un sólido se descompone t&rmicamente y desprende un gas6 #a#C(g" ⇔#aC(s" E #C2(g"F
C el equilibrio entre una disolución saturada y su precipitado6 @g#l(s" ⇔@gE(aq" E #l 4 (aq" -n la mayor parte del tema nos centraremos en los equilibrios )omog&neos, mientras que )ablaremos de equilibrios )eterog&neos cuando tratemos la solubilidad de sales y la precipitación.
Principio de !arnot La segunda ley de termodinámica pone límites en la operación los ciclos. Bna máquina t&rmica no puede operar intercambiando calor con un reservorio simple, y un re%rigerador no puede operar sin la aplicación de un traba$o de una %uente e'terna (#atarina, 2!!" .
Los principios de #arnot son6
!.G La e%iciencia de una máquina t&rmica irreversible es siempre menor que la e%iciencia de una reversible operando entre los mismos dos reservorios.
2.G La e%iciencia de todas las máquinas t&rmicas reversibles operando entre los mismos dos reservorios es la misma.
La máquina t'rmica de !arnot
La máquina t&rmica )ipot&tica que opera en un ciclo de #arnot reversible es llamada máquina t&rmica de #arnot. La e%iciencia t&rmica de cualquier máquina t&rmica, reversible o irreversible se de%ine como6
Donde H es calor trans%erido a la máquina de calor del reservorio de alta temperatura a *, y HL es calor e'pulsado al reservorio de ba$a temperatura a *L. /ara máquinas irreversibles, el radio de trans%erencia de calor puede ser remplazado por la relación de temperaturas absolutas de los dos reservorios. La e%iciencia de una máquina de #arnot o cualquier máquina t&rmica irreversible es6
-sta relación se conoce como la e%iciencia de #arnot, ya que la máquina t&rmica de #arnot es la máquina reversible me$or conocida. -sta es la e%iciencia más grande que una máquina t&rmica operando entre dos reservorios t&rmicos a temperaturas *L y * puede tener. *odas las máquinas t&rmicas irreversibles operando entre los límites de temperatura (*L y *" tendrán e%iciencias más ba$as. Bna máquina t&rmica real no puede alcanzar esta e%iciencia má'ima teórica porque es imposible eliminar todas las irreversibilidades asociadas con el ciclo real.
La segunda ley de la termodinámica nos lleva a e'presiones que envuelven desigualdades. /or e$emplo una máquina t&rmica irreversible es menos e%iciente que una reversible operando entre los mimos dos reservorios de energía t&rmica.
Referencias Atkins, P. (2010). Obtenido de http://www.wikierato.or!/Re"ersibiidad#de#as#reacciones#$% &'&A*icas.#+e!%ndo#principio#de#a#er*odin &'&A1*ica.ht* -%sta*ante, +. (2012). Monografas . Obtenido de http://www.*ono!raas.co*/trabaos/ter*oentropia/ter*oentropia. sht* 'atarina. (2011). Obtenido de http://catarina.%dap.*/%#d#a/taes/doc%*entos/eip/*ateos#e#e/ca pit%o.pdf 3ara*io, O. (2011). Fisicalab. Obtenido de https://www.sicaab.co*/apartado/se!%ndo4principio4 ter*o5contenidos 6e!a. (201). Obtenido de http://assets.*hed%cation.es/bc"/!%ide/capit%o/7718982.pdf
