SEGUNDA LEY DE LA TERMODINAMICA

SEGUNDA LEY DE LA TERMODINAMICA

La segunda ley de la termodinámica nos indica la dirección de los
procesos de transferencia de energía en la naturaleza, valiéndose de los
siguientes acciones.

1. Es imposible que todo el calor que recibe el sistema se transforme en
trabajo mecánico.

Esquemáticamente:


























Si una cierta cantidad de calor se desecha a una fuente de menos
temperatura entonces se debe de cumplir:


















2. No puede existir transferencia de calor en forma espontánea desde una
fuerte de movimiento temperatura a una fuerte de menos de temperatura:












Para lograr el proceso de este tipo es necesario realizar un trabajo
externo sobre un sistema termodinámico.


















3. No existe un sistema termodinámico (maquina) cuyo rendimiento sea del
100%.




MAQUINAS TÉRMICAS




Entendemos por maquina térmica a todo mecanismo al cual se le suministra
una cierta cantidad de calor Q1 de un cuerpo que se encuentra a una
(calentador), parte de esa cantidad de calor lo transforma en trabajo
mecánico (W), y el resto en Q2 lo que cede a un cuerpo mas frio a una
, (refrigerador).























Por conservación de energía:

1. Eficiencia de una maquina térmica(n):

Es la capacidad de una máquina para convertir cierta cantidad de calor en
trabajo mecánico, el rendimiento eficiente puede ser medida utilizando la
siguiente relación:









Rendimiento porcentual(n%)






2. Ciclos y eficiencia de algunas maquinas térmicas:

1. Ciclo de Carnot:

En el siglo carnot trabaja como gas ideal como sustancia de trabajo. El
rendimiento de este sistema se considera máximo, porque es una máquina de
calor idealizado. Este siglo está caracterizado por dos variaciones de
estado reversible:

Dos procesos isotérmicos(AB y CD)

Dos procesos adiabáticos(BC y DA)






















1. Ciclo de Otto

















Para AB:







Para BC:





Para CD:

;



Para DA:



;























Para el proceso isotérmico(T = Cte)
























Para los procesos adiabáticos:








Para BC:









Para DA:







Entonces igualamos:









Entonces:















2. Ciclo de Otto:

Es un siglo termodinámico que cumple un motor gasolinero en donde se toman
en cuenta la perdida de calor por rozamiento, por conducción, por
reacciones químicas. Este siglo está conformado por:

o Dos procesos adiabáticos(AB y CD)

o Dos procesos isométricos(BC y AD)






















Para los procesos isométricos:



Para BC:







Para DA:

















Para los procesos adiabáticos:



Para AB:







Para CD:


















Rendimiento:
















3. Ciclo Disel:

Ciclo termodinámico que cumple un motor petrolero y consta de los
siguientes procesos:

o Dos procesos adiabáticos(AB y CD)

o Un proceso isométrico(BA)

o Un proceso isobárico(BC)








































Para el proceso isobárico (BC):







Para el proceso isométrico (DA):
























4. Refrigeradores:

Dispositivos termodinámicos cuya función es trasladar calor de una fuente
menor a otra fuente de menor temperatura, realizando un trabajo mecánico
externo.
























Coeficiente de rendimiento (K):















Ejercicios

1. Una maquina térmica 1mol de sal ideal, incidente a y ,
trabaja en un siglo consistente en 4 etapas:

a) Expresión isotérmica, hasta dos veces su volumen.

b) Enfriamiento hasta una ,

c) Comprensión isotérmica hasta su volumen original.

d) Calentamiento a hasta su temperatura original. 400°k

Suponga si . Dibuja el sistema en un diagrama P, V y calcular su
rendimiento.

Solución:

a)





















b)

Para 1―2 :











Para 2―3 :









Para 3―4 :













Entonces:















Hallamos el rendimiento:











2. Un motor gasolina recibe 8000J de calor y produce 2000J de calor por
siglo, el calor proviene de quemar gasolina. .

a) ¿Calcule la eficiencia térmica?

b) Cuanto calor se desea en cada siglo

c) Que masa de calor se quema en cada siglo

Solución:





















a)















b)

c)







5. Entropía:

Existe una función termodinámica denominada entropía "S", que es una
medida del desorden del sistema.

La variación de la entropía "DS" de un sistema, cuando puso de un estadio
a otro se define:



Donde:

: Es el calor que debe añadir al sistema procesos reversibles
para llegar a su estado inicial.que debe añadir al sistema procesos
reversibles para llegar a su estado inicial o final.




( + ) cuando realiza calor.

( – ) cuando cede calor.



Parte A:

S para procesos a P = Cte












Parte "B":

S para procesos a V = Cte









Parte "C":

S para procesos a T = Cte. expansión de un gas ideal















Parte "D":

S para un proceso adiabático.





Parte "E":

S para un ciclo de carnot





































EJERCICIOS

1. Un bloque de 50gr de Al a 50°C, se introduce a un recipiente con 60gr de
H2O a 50°C ¿Calcule el cambio de entropía de este proceso?

Solución:






























297.6


































-----------------------
T1



Fuente de calor



Q1



W = Q1



Sistema



Imposible



T0



Q2



Sistema



Q1



) * + , . 3 5 7 9 ; < = >
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XCJOJ[?]QJ[?]Fuente de calor



T1



Fuente de desecho de calor



Fuente de menor temperatura





Fuente de mayor temperatura





Q



T2



T1



Imposible



Fuente T2



Sistema



T1 > T2



Fuente T1



T2



Calentador



Q1



N



Maquina

térmica



Q2



T2



Refrigerador







P



T1 = cte



A



B



W



D



C



V1



V4



V3



V2



V



T1 > T2



V1



V2



V



P



Q1



Q2



W



A



B



C



D



Porque esta cediendo calor al sistema



P



Q1



C



B



D



Q2



A



V



Porque el sistema cede calor



TH





QH



QC





Refrigerador



W



TH > TC





TC





Trabajo mecánico



P



T° = 400°K



1



2



T° = 400°K



T° = 300°K



T° = 300°K



3



4



V



V2 = 49,2



V1 = 24,6



Q1



T1





Q1 = 8000J



N = 2000J



Gasolina



Q2



T2





dQPev









TH





Q1



Cediendo calor



W



Maquina de Carnot









Q2



TC

















- QAl