Bases Fisicas Del Medio Ambiente

Bases Físicas del Medio
Ambiente
El Segundo Principio de la
Termodinámica

El Segundo Principio de la
Termodinámica
• Varias formas/versiones
• No son obviamente relacionadas (aunque sí)
(A) Imposible diseñar una máquina termodinámica 100% eficaz
(B) Imposible calentar un objeto caliente por intercambio
natural de calor con un objeto frío
(C) La naturaleza siempre tiende hacía eldesorden

• (Por lo menos, son todas algo pesimistas)
• Nuestros retos
– Entender las tres versiones
– Las relaciones entre ellas

Programa
• X. SEGUNDO PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA.(3h)
• Introducción. Máquinas térmicas. Enunciados de Kelvin-Planck y
de Clausius del segundo principio. Procesos reversibles e
irreversibles. Ciclo de Carnot. Teorema de Carnot. Escala
termodinámica detemperaturas. Entropía. Principio del
incremento de entropía. Entropía y energía utilizable.
Interpretación molecular de la entropía.

Programa
• X. SEGUNDO PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA.(3h)
• Introducción. Máquinas térmicas. Enunciados de Kelvin-Planck y
de Clausius del segundo principio. Procesos reversibles e
irreversibles. Ciclo de Carnot. Teorema de Carnot. Escala
termodinámica detemperaturas. Entropía. Principio del
incremento de entropía. Entropía y energía utilizable.
Interpretación molecular de la entropía.

Máquinas térmicas y la 2ª ley
• La 1ª ley: intercambios entre sistema y entorno
– Un sistema que recibe calor de su entorno
– Puede realizar trabajo (o ganar energía interna)

• Transformación (deseable) de energía
– Llega en forma de calor
– Sale en formade trabajo

• En el sentido inverso, es espontáneo
– Energía mecánica (forma de trabajo) se convierte en calor
– (Frenado de un coche: trabajo realizado por el rozamiento)

• Pero el calor no se puede usar directamente para realizar trabajo
– Hay que convertir (y perder)

Máquinas térmicas y la 2ª ley
• Una máquina térmica
–
–
–
–

Recibe energía en forma de calor
Entrega unaparte (nunca 100%) de la energía como trabajo
Cede una parte de la energía en forma de calor
Opera de manera cíclica
• El trabajo se hace por una sustancia (ejm., un gas)
• Este gas tiene ∆U=0 (ciclo)
• La 1ª Ley

• Ejemplos comunes

– El motor de un coche (pistones)
– Central eléctrica (turbinas)

Máquinas térmicas y la 2ª ley
• Para una máquina térmica
• La eficacia térmica:

– Engeneral, e < 1 (mucho menos)
– Ejemplos
• Un motor de gasolina e ~ 20%
• Un motor de diesel e ~ 35%

W = Qc − Q f
Qc − Q f
Qf
W
e=
=
= 1−
Qc
Qc
Qc

• “No existe ningún ciclo en el que se
extraiga calor de un foco a temperatura
constante y se convierta completamente
en trabajo”. Forma Kelvin-Planck del
Segundo Principio de la termodinámica

Las Leyes de la Termodinámica(según el escritor C.P. Snow)
• 1ª : No puedes ganar (energía)
• 2ª : Ni siquiera puedes empatar
(siempre se pierde algo)
• 3ª : No puedes abandonar el juego*
*fuera del propósito de esta asignatura:
la “3ª ley” o postulado de Nermst
(Walther Hermann Nernst; 1864 – 1941)
postula la imposibilidad de reducir la T de
cualquier sistema hasta 0 K siguiendo una
serie finita de etapas.
Primerpremio Nobel en Química; 1920

Comparar la Termodinámica
con la “Ley de Murphy”
Si algo tiene la posibilidad de salir mal :
saldrá mal
en el peor momento

*Corolario de O’Toole: Murphy fue optimista

Examinamos el Ciclo de un
motor de un coche
• Proceso “isotérmico”: un motor no sigue calentándose
• Estado inicial (del ciclo): (T = cte.), Vi, Pi (comprimido)
• El gas se expandeisotérmicamente (P , V )
– Trabaja moviendo el pistón
– Isotérmico: ∆U=0 -----> Q=W
– Toma calor del exterior (lugar de combustión)

• Cuando P=Patm, cesa la expansión (ahora, a comprimirse)
• Para cumplir el ciclo (compresión)
– Parte del trabajo ganado se usa en la compresión
– Vuelve al estado original, por otro camino
– Ceda calor (para seguir isotérmico) al exterior

• Trabajo neto
W =...