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2a Ley de la Termodinámica
Enunciados de Kelvin-Planck y
Clausius
Generalidades
Para una MT que
produce trabajo, se
necesitan al menos 2
DT siendo uno de ellos
un captador de calor.
TA
QA
QB
TB
Experiencia de los
tres últimos siglos...
Hasta hoy, ha sido
imposible diseñar una
MT que solo
intercambie calor con
un DT, lo transforme
íntegramente en
trabajo y además opere
W
cíclicamente.
No hay ley de la
naturaleza que lo
establezca...
William Thomson (Lord Kelvin)
“Es imposible conseguir,
por medio de alguna
sustancia inanimada,
un efecto mecánico
con el enfriamiento de
una porción de
materia hasta una
temperatura más baja
que la del más frío de
los objetos
circundantes.”
TA
QA
W
QB
TB
Max Planck
“Es imposible la
construcción de
una máquina que
opere en ciclos y
que no produzca
otro efecto que la
elevación de una
masa (W) y el
enfriamiento de
un DT”
TA
QA
W
QB
TB
Kelvin - Planck
“Es imposible
cualquier
proceso que
tenga como
único resultado
la absorción de
calor de un DT y
su conversión
completa en W”
TA
QA
W
QB
TB
Rudolph Clausius
“No es posible
ningún proceso
cuyo único
resultado sea la
transmisión de
calor desde un
cuerpo con una
temperatura baja
(TB) hacia otro con
una temperatura
alta (TA).”
TA
QA
QB
TB
¿Y el trabajo?
Comprobación que al no cumplir K-P
tampoco se cumple Clausius
TA
QA
QA
1
2
QB
W
QB
TB
Clausius
K-P
La MT-1 recibe QB del DT a TB y envía QA al DT a TA,
exactamente ese mismo QA es enviado a la MT-2, porque DT
a TA debe mantener su temperatura constante.
La MT-2 realiza W, por lo que rechaza QB´, que debe ser
menor a QB.
Si QB´ < QB el DT a TB terminaría enfriándose, y TB no podría
ser constante.
• No tienen deducción científica
• Provienen de la experiencia
•Constituyen los postulados de la
2a LEY DE LA
TERMODINÁMICA
Relación entre la
2a Ley y la Dirección Preferida
Proceso reversible: no ocurre en la
realidad...
“AQUEL QUE UNA VEZ EFECTUADO,
ES POSIBLE LOGRAR QUE SISTEMA Y
ALREDEDORES RETORNEN A SUS
ESTADOS INICIALES RESPECTIVOS.”
gasolina gases de combustión
auto en x1  auto en x2
Causas que alejan a los procesos de la
reversibilidad


Diferencia de valor en alguna propidad:T,
V, Ep, U, etc.
...desencadena los fenómenos

Expansión de un gas: P

Intensidad de corriente: V

Caída de un objeto: Ep

Transferencia de calor: T

Si el cambio es pequeño: las propiedades se
mantienen uniformes

Si el cambio es grande, súbito: las
propiedades no se “acoplan”, no tienen un
valor único, el estado termodinámico resulta
indefinido, el “equilibrio termodinámico” toma
mucho tiempo.
Un proceso efectuado bajo ciertas
restricciones o condiciones puede
invertirse por alguna trayectoria, si ello
implica violar la 2a Ley de la
Termodinámica,
entonces el proceso es irreversible.
Si la suposición no viola la 2a Ley,
entonces es reversible.
Todos los procesos que involucran fricción
son irreversibles
TA
QA
W
QB
TB
¿Y el otro DT?
Se viola K-P
La caída de la
masa representa el
trabajo introducido
al sistema
La naturaleza si tiene una dirección preferida,
que varía proporcionalmente con la calidad de
la energía...
Calidad
energética
...la dirección preferida de la naturaleza es hacia
la degradación de la energía!!!!!
Existe una propiedad
relacionada con la CALIDAD
DE LA ENERGÍA, surge de la
2a Ley, pero no impacta
nuestros sentidos....como U,
que surge de la 1a Ley...
ENTROPÍA...
S
Ciclo reversible de Carnot
Incluye el menor número de Depósitos
Térmicos
Consiste en cuatro procesos
reversibles
Expansión isotérmica
t
Q
Expansión
adiabática
Q´
adiabática
W
to
to < t
Q-W
Q´-W´
Compresión isotérmica
Q=Q´
W´ Compresión
W=W´
Eficiencia térmica
W

QA
QA  QB
QB

 1
QA
QA
Si la sustancia de trabajo tiene 2 fases:
Si la secuencia es
1-2-3-4
el ciclo produce W,
en caso contrario, es un
ciclo inverso:
refrigerador o calefactor.
En un refrigerador
Q W
R 
W
En un calefactor
Q
C 
W
>>>>1
(puede ser)
Ejemplo 1
Una máquina ideal de Carnot trabaja
entre un par de temperaturas
constantes, el calor retirado a to es un
tercio del calor rechazado a t.
a) Calcula R si es un refrigerador
b) Calcula C si es un calefactor
Ejemplo 2
Suponga una MT que opera con el ciclo
reversible de Carnot entre los depósitos de
temperatura T1= 800[ºC] y T2=25[ºC]. Se
sabe que utiliza 1.2[mol] de aire y que
durante la expansión isotérmica a la
temperatura superior, el volumen que
alcanza es el doble del volumen inicial.
Considerando que la presión máxima en el
ciclo es 1.5x105[Pa], determina:
a) El calor durante el proceso de la expansión
isotérmica. Indica si entra o sale del aire.
b) El trabajo neto que entrega el ciclo.
{1Q2}=
7421.25[J]
= 0.7222
Wneto=5359.43[J]
Ejemplo 3
a)
Una máquina de vapor tiene una caldera que
opera a 500K, el calor cambia el agua líquida
a vapor, el cual mueve un pistón. La
temperatura de escape es la del aire
ambiente, aproximadamente a 27ºC.
Determina:
La eficiencia térmica máxima de esta máquina
de vapor.
b)
El trabajo máximo que puede realizar la
máquina, en cada ciclo de operación, si la
sustancia de trabajo recibe 200J de calor del
depósito de temperatura alta durante cada
ciclo.
= 0.3997  0.4
Wneto=
80[J]