Download entropía

INSTITUTO TECNOLÓGICO
SUPERIOR DE TACÁMBARO
INGENIERÍA EN INDUSTRIAS
ALIMENTARIAS
MATERIA:
Termodinámica
Asesor;
Uriel olivares molina
Integrantes:
Celinda Miranda Romero
Lizeth Cintia Aguilar Torres
Jessica Iveth Pedraza Mora
Gema yuritzi Sosa Reynosa
Daniela Rodríguez Aguilar
UNIDAD 3
SEGUNDA Y TERCERA LEY
DE LA TERMODINAMICA
CONTENIDO
* ENTROPIA
* ENERGIA DE GIBBS Y
helmhotz
* EFICIENCIA EN PROCESOS
TERMODINAMICOS
* PROCESOS ENDOTERMICOS
Y EXOTERMICOS
* CICLOS TERMODINAMICOS
Segunda y tercera
Ley de la
termodinámica
La segunda ley de la termodinámica afirma que los procesos suceden
En cierta dirección y que la energía tiene calidad así como cantidad.
Recordemos!!!1
Que la primera ley de la termodinámica, o el principio de la
Conservación de la energía, tiene una aplicación en los procesos que
involucran Sistemas cerrados y abiertos.
Por tanto, resulta razonable concluir que un proceso debe satisfacer
La primera ley.
Ummm…¿ pero será verdad que
Todo proceso satisface la primera
Ley?
Analicemos !!!..
Es una experiencia común que una taza de café dejada
en una habitación fría se Enfrié después de cierto
tiempo. Este proceso satisface la primera ley de la
Termodinámica porque la cantidad de energía perdida
por el café es igual a la cantidad De energía ganada
por el aire circundante. Ahora considere el proceso
inverso; el café caliente se pone mas caliente en una
habitación mas fría como resultado de la Transferencia
de calor del aire del cuarto. Todos saben que este
proceso nunca sucede. No obstante, si se diera no
violaría la primera ley, siempre que la cantidad de
energía Perdida por el aire fuera igual a la cantidad
ganada por el café.
De el ejemplo anterior se sigue que el proceso toma su curso en cierta
dirección Y no en la dirección inversa. La primera ley no restringe la dirección
de un Proceso, pero satisfacerla no asegura que el proceso ocurrirá realmente.
Esta Incapacidad de la primera ley de identificar si un proceso puede llevarse
A cabo es remediado al introducir otro principio general. La segunda Ley de la
termodinámica
Un proceso no sucede a menos que satisfaga tanto la
primera como la Segunda leyes de la termodinámica.
Rudolf Julius Emanuel
Clausius
Físico Alemán que nació en
Köslin, CPomerania (ahora
Koszalin, Polonia) el 2 de
enero de 1822 y murió en
Bonn el 24 de agosto de
1888.
Físico francés que nació el 1 de
junio de 1796 en París y murió
allí mismo el 24 de agosto de
1832; pertenecía a una familia
distinguida de Francia; ya que
su padre, Lazare Nicolas
Marguerite Carnot fue el general
francés que organizó a los
ejércitos republicanos.
Frases
“La evolución espontánea de un sistema aislado se
traduce siempre en un aumento de su entropía.”
La cantidad de entropía de cualquier sistema aislado
termodinámicamente Tiende a incrementarse con el
tiempo.
mhhh... Pero...
antes de
comenzar me
puede explicar
¿Qué es la
entropía?
¡Claro que si!....
En termodinámica, la entropía (simbolizada como S) es
una magnitud físicaque permite, mediante cálculo,
determinar la parte de la energía que no puede
utilizarse para producir trabajo . La
palabra entropía procede del griego (ἐντροπία) y
significa evolución o transformación
también podemos definir
la entropía como el índice de
la cantidad de energía no
disponible en un sistema
termodinámico dado en un
momento de su evolución.
¿¿¡ glup... Que..!??
¡Tranquilo!... En otras palabras...
Hooo… ya , un poco mas
Claro!!!!
Gracias!!!!
Cambios de entropía
‫ ڤ‬Cambio de entropía de sustancias
puras
‫ ﮒ‬Cambio de entropía de sólidos y
líquidos
‫ﮒ‬Cambio de entropía de gases
ideales
PERO!!. . .
¿ DE QUE MANERA PUEDO CALCULAR LA
ENTROPIA?
¿PUEDO CALCULAR LA ENTROPIA EN SUSTANCIAS
PURAS?
Y!!!!. . . ¿ EN SOLIDOS Y LIQUIDOS TAMBIEN?
TAMBIEN ES POSIBLO HACERLO CON LOS GASES
IDEALES!!!!!!:::::
Cambio de entropía de sustancias puras
Características:
1.La entropía es una propiedad, por lo tanto al fijar el estado del sistema se
determina la entropía.
2.Al especificar dos propiedades intensivas se fija un estado.
3.La entropía puede expresarse en función de otras propiedades; pero estas
relaciones son muy complicadas y no son prácticas para cálculos.
4.Los valores de la entropía en las tablas de propiedades se dan de acuerdo a
un estado de referencia arbitrario.
5.Los valores de la entropía se vuelven negativos por debajo del valor de
referencia.
6.El valor de la entropía en un estado específico se determina de la misma
manera que cualquier otra propiedad.
7.En las regiones de líquido comprimido, vapor saturado, región de líquidovapor, líquido saturado y vapor sobrecalentado, los valores se obtienen
directamente de tablas en el estado especificado.
8.El cambio de entropía durante un proceso es la diferencia entre los valores
de entropía de los estados inicial y final.
Las entropías de las sustancias se evalúan a partir de datos medibles de propiedades
Por medio de cálculos bastante complicados y los resultados se tabulan de la misma
Manera que otras propiedades tales como v, u y h.
Cambio de entropía de sólidos y líquidos
Características:
1. Capacidad térmica básicamente constante.
1. cp =cv = c
1. La entropía depende de la temperatura e independiente de la presión.
1. Para líquidos que se expanden considerablemente con un gran cambio de temperatura, puede
ser necesario considerar los efectos del cambio de volumen.
Su variación entrópica viene dada por la siguiente ecuación:
5. La entropía para líquidos y sólidos usualmente se encuentran en tablas
6. En un proceso isoentrópico de sustancias incompresibles, la temperatura
permanece constante:
TABLA
Propiedades del metano líquido
Temperatura
Presión
Densidad
Entalpía
Entropía
T,
K
P,
MPa
r,
kg/m3
h,
kJ/kg
S, kJ/kg.K
110
0.5
425.3
208.3
4.878
3.476
1.0
425.8
209.0
4.875
3.471
2.0
426.6
210.5
4.867
3.460
5.0
429.1
215.0
4.844
3.432
0.5
410.4
243.4
5.185
3.551
1.0
411.0
244.1
5.180
3.543
2.0
412.0
245.4
5.171
3.528
5.0
415.2
249.6
5.145
3.486
120
Calor específico
Cp, kJ/kg.K
¡ya!... ¡ya! ... ¡me
convenciste!...
¡¡SI LE ENTRO Al ESTUDIO
DE LA ENTROPÍA Y SUS
CAMBIOS!!
Energía libre
• Es la energía disponible para transformarse en
trabajo
– Ej.
• Si en una reacción particular se libera energía útil (∆G
es negativo) a reacción es espontanea, porque no
requiere entonces una adicción de energía externa
como calor o cinética ( ∆G es positivo). Es una
propiedad extensiva.
J. Willard Gibbs(1839–1903)
• Físico norteamericano. En 1854 ingresó en
Yale, donde consiguió premios a la excelencia
en Latín y Matemáticas.
En la termodinamica quimica de reacciones y en
los procesos n ciclicos existe cuatro cantidades
utiles llamadas
“POTENCIALES TERMODINAMICOS”.
Los cuatro potenciales termodinamicos estan
relacionados entre si, por medio de las
compenaciones que representan los terminos
de la “energia en el ambiente” TS y el “trabajo
de expansion” PV.
- TS
+ PV
Su expersion y la variacion de la misma con las
variables de estado y otras propiedades
termodinamicas fue desarrollada por Josian
Willard Gibbs quien lo llamo potencial
termodinamico. Lord Kelvin la llamo “energia
aprovechable”. En muchos textos se le
denomina “energia libre de Gibbs”
la energia libre de Gibbs sirve para calcular si
una reaccion ocurre de forma espontanea
tomando en cuenta solo variable del sistema
Podemos definirla como:
G = H – TS
Que es una funcion de estado pues depende
de otras funciones de estado que a su vez
depende exclusivamente de las propiedades
del sistema.
• La definicion de la energia libre de gibbs fue
realizada en el supuesto que el calor era
transferido por una trayectoria a P constante,
para la cual Qv = ∆U, la energia interna.
Energia libre de helmholtz
Hermann Von Helmholtz llamo energia libre a
la funcion de trabajo A y durante mucho
tiempo se utilizo este nombre.
Se prefiere denominarla funcion de trabajo.
• Denominada tambien funcion de helmholtz, es
una magnitud extensiva del sistema, funcion de
estado y potencial termodinmico y que por
tanto, no depende del proceso sufrido, sino del
estado final e inicial del sistema.
• Se usa para ver que procesos son expontaneos
en condiciones de temperatura y volumen
constantes.
Se define por
F = U – TS
Donde:
F = energia de helmholtz
U = energia interna
T = temperatura absoluta
S = entropia final
Si se crea un estado final mas desordenado
(mayor entropia) se requiere menos trabajo
para crearlo. Asi pues la energia libre de
Helmholtz es una medida de la cantidad de
energia que tenemos que poner en un sistema
para crearlo, una vez que ya se ha efectuado la
transferencia espontanea de energia del
medio ambiente.
DEPOSITO DE ENERGIA TERMICA
• En el desarrollo de la segunda ley de la
termodinámica es necesario tener una
capacidad de energía térmica (masa por
calor especifico) grande que pueda
suministrar o absorber cantidades finitas
de calor sin que sufra ningún cambio de
temperatura.
• Es un dispositivo que convierte energía
térmica en otras formas útiles de energía,
como la energía eléctrica y/o mecánica.
• Las maquinas térmicas difieren
considerablemente unas de otras, aunque
todas se caracterizan por lo siguiente:
MAQUINAS TERMICAS
• 1) Reciben calor de una fuente de alta
temperatura.
• 2) Convierten parte de ese calor en
trabajo.
• 3) Liberan el calor.
 Qen : cantidad de calor suministrada al
vapor en la caldera desde una fuente de alta
temperatura.
 Qsal : cantidad de calor liberado del vapor.
 Wsal : cantidad de trabajo entregado por el
vapor cuando se expande en la turbina.
 Wen : cantidad de trabajo requerido para
comprimir el agua ala presion de la caldera.
Las diferentes cantidades que
muestra esta figura son:
• LA FRACCION DE LA ENTRADA DE
CALOR QUE SE CONVIERTE EN LA
SALIDA DE TRABAJO NETO.
• ES UNA MEDIDA DEL
RENDIMIENTO DE UNA MDIDA
TERMICA
EFICIENCIA TERMICA
• RENDIMIENTO = SALIDA DESEADA
ENTRADA REQUERIDA
• EN LAS MAQUINAS TERMICAS LA SALIDA
DESEADA ES LA SALIDA DE TRABAJO
NETO, Y LA ENTRADA REQUERIDA ES LA
CANTIDAD DE CALOR SUMINISTRADO AL
FLUIDO DEL TRABAJO.
• n1 = W neto, sal
Q en
• El enunciado de Kelvin-Planck del
segundo principio de la
termodinámica es el siguiente:
• Es imposible construir una máquina
que, operando ciclicamente, produzca
como único efecto la extracción de
calor de un foco y la realización de
una cantidad equivalente de trabajo.
2DA LEY DE LA TERMODINMICA:
ENUNCIADO DE KELVIN-PLANCK
• Cuando se estudian las máquinas
térmicas se obtiene que el
rendimiento de estas máquinas
viene dado por:
DONDE:
• W : el trabajo neto realizado por la
máquina
• Qc : el calor que absorbe del foco caliente
para realizar dicho trabajo.
• Qf : el calor de desecho que es entregado
al foco frío (normalmente el ambiente).
PROCESOS ENDOTÉRMICOS
Un proceso endotérmico es donde el
sistema absorbe calor, durante este proceso
fluye calor hacia adentro del sistema desde
su entorno; ejemplo, la fusión del hielo es un
proceso endotérmico.
PROCESOS EXOTÉRMICOS
Proceso en donde se produce desprendimiento
de calor , durante este proceso fluye calor
hacia afuera del sistema, es decir hacia el
entorno.