Informe Segunda Ley

Introducción Las leyes o principios de la termodinámica son muy importantes dentro del campo de la física, en la explicación de ciertos procesos y fenómenos. En esta ocasión, se estudiara la Segunda Ley o Principio de la Termodinámica, Termodinámica, la cual, se ha formulado de mu much chas as manera maneras, s, aunque aunque

toda todas s lle llean an a la expl explic icac ació ión n del conce concept pto o de

irreersi!ilidad y irreersi!ilidad y de entropía entropía.. SEGUNDA LEY DE LA TERMODINAMICA La segunda ley afirma que la energía tiene calidad. La primera ley tiene que er con la cantidad y la transformación de la energía de una forma a otra sin importar la calida calidad. d. Presera Preserarr la calidad calidad de la energía energía es de

gran gran inter"s inter"s y la segunda segunda ley

!rinda !rinda los medios medios necesari necesarios os para para determ determina inarr la calid calidad, ad, así como como el niel niel de degradación de la energía durante un proceso. La definición del Segundo Principio de la Termodinámica Termodinámica esta!lece que# En un esta estado do de equi equili libr brio io los los !alo !alore res s que que to"a to"an n los los #ar$ #ar$"e "etr tros os cara caract cter er%s %sti tico cos s de un sist siste" e"a a ter" ter"od odin in$" $"ic ico o cerr cerrad ado o son son tale tales s que que "a&i"i'an el !alor de una cierta "a(nitud que est$ en )unción de dic*os #ar$"etros lla"ada entro#%a entro#%a++ $e esta definición, se puede deducir que la entropía sólo puede definirse para estados de equili!rio termodinámico, y que de entre todos los estados de equili!rio posi!les que estarán definidos por los parámetros característicos sólo se puede dar el esta estado do que, que, de entr entre e todo todos s ello ellos, s, aume aument nta a la entr entrop opía ía.. Esto Estos s pará paráme metr tros os característicos se esta!lecen a partir de un postulado deriado del primer principio de la termodinámica, termodinámica, llamado a eces el principio de estado. estado. Seg%n "ste, el estado de equili equili!ri !rio o de un sistema sistema queda totalme totalmente nte definido definido por medio medio de la energía interna del interna del sistema, su olumen olumen y y su composición molar. molar. &ualquier otro parámetro termodinámico, como podrían serlo la temperatura temperatura o o la presión presión,, se define como una función de dichos parámetros. 'sí, la entropía será tam!i"n una función de dichos parámetros. La segunda ley de la termodinámica ha sido enunciada de diferentes formas, la forma más sencilla de comprenderla es a tra"s del siguiente enunciado#

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(El calor calor ,a"$s ,a"$s )lu )lu-e -e es#ont$ es#ont$nea" nea"ent ente e de un ob,eto ob,eto )r%o a un ob,eto ob,eto caliente). caliente).

Enunciado de *elin+Planc de la Segunda Ley de la Termodinámica# Termodinámica#

.Es i"#osible construir una "$quina t/r"ica que o#erando en un ciclo no ten(a otro e)ecto que absorber la ener(%a t/r"ica de una )uente - reali'ar la "is"a cantidad de traba,o0+

Enunciado de 1el!in 2 3lanc4

En la práctica, se encuentra que todas las máquinas t"rmicas sólo conierten una peque-a fracción del calor a!sor!ido en tra!ao mecánico. Esto es equialente a afirmar que (es imposi!le construir una máquina de moimiento perpetuo /móil perpetuo0 de segunda clase), es decir, una máquina que pudiera iolar la segunda ley de la termodinámica. 1na máquina de moimiento perpetuo de primera clase es aquella que puede iolar la primera ley de la termodinámica /conseración de la energía0, tam!i"n es imposi!le construir una máquina de este tipo0.

Enunciado de &lausius#

.Es i"#osible construir una "$quina c%clica que no ten(a otro e)ecto que trans)erir calor continua"ente de un cuer#o *acia otro que se encuentre a





Enunciado de Clausius+ Esto quiere decir que, el calor calor no puede fluir espontáneam espontáneamente ente de un o!eto frío a otro cálido. Este enunciado de la segunda ley esta!lece la dirección del fluo de calor entre dos o!etos a diferentes temperaturas. El calor sólo fluirá del cuerpo más frío al más cálido si se hace tra!ao so!re el sistema. 'parentemente los enunciados de *elin+Planc y de &lausius de la segunda ley no están relacionados, pero son equialentes en todos sus aspectos.

'unque la segunda ley puede formularse de muchas maneras todas llean a la explicaci explicación ón del concepto concepto de irreersi!ilidad irreersi!ilidad y y al de entropía entropía.. La termodinámica, no ofrece una explicación física de la entropía, que queda asociada a la cantidad de energía no utili2a!le de un sistema. Parám rámetros ros como la temperatura o la propia entropía quedarán quedarán definidos definidos %nicamente para estados de equili!rio. 'sí, seg%n el segundo principio, cuando se tiene un sistema que pasa de un estado de equili!rio A a otro 5, la cantidad de entrop entropía ía en el estado estado de equili equili!ri !rio o 5 será la máxima posi!le, e ineita!lemente mayor a la del estado de equili!rio A. Teniendo en cuenta que, el sistema sólo hará tra!ao cuando est" en el tránsito del estado de equili!rio A al 5 y no cuando se encuentre en uno de estos estados. Sin em!argo, si el sistema era cerrado, su energ energía ía y cant cantid idad ad de mate materi ria a no han han podid podido o ari ariar ar33 si la entr entrop opía ía de!e de!e de maximi2arse en cada transición de un estado de equili!rio a otro, y el desorden interno interno del sistema de!e aumentar aumentar, se e claramente claramente que hay un límite natural, natural, por lo cual, cada e2 costará más extraer la misma cantidad de tra!ao, pues seg%n la mecánica estadística el estadística el desorden equialente de!e aumentar exponencialmente. Existen una serie de fenómenos que son de dominio de la segunda ley, algunos de ellos son los siguientes#





contacto con un cuerpo de temperatura inferior, lo que nunca sucede en sentido inerso. 

&uan &uando do dos dos gase gases, s, se colo coloca can n en un una a cáma cámara ra aisl aislad ada, a, se me me2c 2cla lan n uniformemen uniformemente te en toda la cámara3 cámara3 pero una e2 me2clados, me2clados, no se separan espontáneamente.



1na !atería se descarga a tra"s de una resistencia, con desprendimiento de una cierta cantidad de energía3 pero no puede reali2arse el fenómeno a la inersa, es decir, suministrar energía a la resistencia por calentamiento a fin de producir la carga de la !atería.



4o es posi!le construir una maquina o dispositio que opere continuamente reci!iendo calor de una sola fuente y produciendo una cantidad equialente de tra!ao.

MA6UINAS TERMICAS

5aquinas T"rmicas 1na máquina t"rmica es un dispositio que conierte energía t"rmica en otras formas %tiles de energía, como la energía el"ctrica y mecánica. $e manera sencilla se puede decir que conierte el calor a tra!ao. 'demás podemos definirla como aquel aquel dispos dispositi itio o que funcio funciona na en un ciclo ciclo termod termodiná inámic mico, o, y reali reali2a 2a una cierta cierta cantidad cantidad de tra!ao tra!ao neto positio positio como resultado resultado de la transmisión transmisión de calor calor desde un cuerpo a alta temperatura hacia un cuerpo a !aa temperatura.

&aracterísticas de las 5aquinas T"rmicas 'unque 'unque las maquinas t"rmicas t"rmicas son diferentes diferentes unas de otras otras poseen las siguientes características características en com%n# 

6eci!en calor de una fuente de alta temperatura /energía solar, hornos de petróleo, reactores nucleares, etc.0.



&onierten parte de este calor en tra!ao /normalmente en la forma de un







Li!eran el calor de desechos remanente en un sumidero de !aa temperatura /la atmósfera, ríos, etc.0.



7peran en un ciclo.



Las máquinas t"rmicas y otros dispositios cíclicos suelen incluir un fluido al y desde el cual el calor se transfiere mientras se somete a un ciclo. Este fluido reci!e el nom!re de fluido de tra!ao.

'lgunos eemplos de máquinas t"rmicas son# 5áquina de com!ustión interna, una central el"ctrica de apor. apor. 1na máquina t"rmica transporta alguna sustancia de tra!ao a tra"s de un proceso cíclico, definido como aquel en el que la sustancia regresa a su estado inicial. El tra!ao neto 7 reali2ado por la máquina es igual al calor neto que fluye hacia la misma. 786*26c $onde 6* 6* y y 6c se toman como cantidades positias. Si la sustancia de tra!ao es un gas, el tra!ao neto reali2ado en un proceso cíclico es el área encerrada por la cura que representa a tal proceso en e n un diagrama 39+

Esque"a de una "$quina t/r"ica+ En la operación de cualquier máquina t"rmica, se extrae una cierta cantidad de calor de una fuente a alta temperatura, se hace alg%n tra!ao mecánico y se li!era





E8E6&9&97S :0 &alcule la potencia minima que requiere un compresor si ;.< m=>min de aire se comprime de forma adia!ática y sin friccion, desde una presión de : !ar y una tempreatura de ;
∫ v dp

Puesto que el proceso es adia!ático y reersi!le k

p v = C Sustituyendo /!0 en /a0

1

@reA − c

−1 k

∫ p

k

dp

6empla2ando alores @re A +:BC.D>g

Libro< ter"odin$"ica Autor< =+ Manrique 3$(+ >?@

;0 en un sistema cerrado se comprime aire de forma adia!ática desde una pr esión de : !ar y una temperatura de :F?c, hasta una presión y una temperatura de :G !ar y =






Halance de energía I+JA Ku Puesto que el proceso es adia!ático @A;=.:C>g $ado que el exponente politropico es constante T;>T:A/p;>p:0/n+:0>n En consecuencia 4A:.CD @reA+

∫ v dp

@ reA+:DF.=<>g Libro< ter"odin$"ica Autor< =+ Manrique 3$(+ >?@

=0 1na persona le comenta que construyó una máquina t"rmica la cual, en cada ciclo, reci!e :GG cal de la fuente caliente y reali2a un tra!ao de C: 8. Sa!iendo que : cal A C.: 8. MIu" puede opinar al respectoN Solución< Si la máquina reci!e :GG cal de la fuente caliente quiere decir que#

'hora por fórmula tenemos#





&onertimos las calorías en 8oules, haciendo este peque-o factor de conersión : &al A C.:< 8>&al , de tal manera que ahora , tendrá el siguiente alor#

Sustituyendo en la fórmula, tendremos#

Iue multiplicado por :GG, tendríamos

Conclusión El signif significa icado do prácti práctico co del segund segundo o princi principio pio de la termodi termodinám námica ica es simple simple## la coner conersió sión n de calor calor en ener energía gía mecánica mecánica es posi!l posi!le e %nicam %nicament ente e si existe existe un gradiente de temperatura entre una fuente caliente y una fuente fría. El dispositio que conierte la energía tomará calor de la parte caliente del sistema y entregara ese calor a la temperatura de la parte fría despu"s de ha!er tomado una parte de la energía. El rendimiento termodinámico del proceso es directamente proporcional a la diferencia de las temperaturas entre el lado caliente y el lado frío e inersamente proporcional a la temperatura a!soluta del lado caliente. 1na simplificación práctica de los dos principios nos dice, por una parte, que la energía, en un proceso, sólo puede transformarse y, por otra, que dicha transformación no podrá ser totalmente eficiente y, por tanto, no podrá ser totalmente reersi!le

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