Guía termodinamica ii

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Colegio San Carlos de Aragón Dto. Física /Gullizam

GUÍA II Ley Termodinámica y Entropía

¿Podría salir espontáneamente calor de estos huevos fritos, “desfriéndolos” y enfriándolos para volver al estado que presentaban al salir del cascarón?. Semejante proceso conservaría la energía y está permitido por la I ley de la termodinámica; no obstante, en la realidad es imposible porque violaría lasegunda ley de la termodinámica: el calor no puede fluir espontáneamente de un cuerpo a determinada temperatura a otro más caliente. Se puede conseguir el flujo de calor desde un cuerpo hacia otro más caliente, pero esto a costa de un trabajo externo, en la naturaleza este proceso, sin trabajo externo es imposible y lo señala explícitamente la II ley de la termodinámica. Dirección de un ProcesoTermodinámico Todos los procesos termodinámicos naturales se verifican en una dirección pero no en la opuesta. Por ejemplo el calor fluye siempre desde lo más caliente a lo más frío; nunca al revés (espontáneamente), este proceso es irreversible. El flujo de calor desde un cuerpo frío a otro caliente, como se dijo, no contradice la I ley de la termodinámica, pero no ocurre en la naturaleza. Asimismopodemos convertir trabajo en calor, al frotarnos las manos o arrastrar un libro sobre una superficie rugosa, pero es imposible el proceso inverso; nadie ha observado jamás moverse espontáneamente un libro en tanto se enfría la superficie y el libro. En esta dirección existen dispositivos que convierten un porcentaje de calor en energía mecánica, pero es imposible convertir todo el calor enenergía mecánica. La segunda ley de la termodinámica establece que los procesos naturales son irreversibles y señala cuál es la dirección preferida de tales procesos. A pesar de la unidireccionalidad de los procesos naturales, podemos imaginar o idealizar procesos reversibles. Un sistema termodinámico idealizado que sufre un proceso reversible siempre estará muy cerca del equilibrio termodinámico tantoen su interior como con su entorno. Cualquier cambio de estado que ocurra se puede revertir (hacer que proceda en el otro sentido) modificando infinitesimalmente las condiciones del sistema. Por ejemplo, el flujo de calor entre dos cuerpos a temperaturas mínimamente distintas, se puede revertir modificando levemente la temperatura de uno de los dos cuerpos. Desde luego si el sistema estuviese enequilibrio perfecto, no habría cambio de estado ni flujo de calor ni expansión que posibilite un trabajo sobre el entorno, por ello los procesos reversibles son una idealización que no pueden lograrse perfectamente en el mundo real y se denominan procesos en cuasiequilibrio. Máquinas de Calor La base de nuestra sociedad tecnológica es la capacidad de usar fuentes de energía distintas de la potenciamuscular. Hay casos en que la energía mecánica está disponible directamente, como la del agua, pero casi toda nuestra energía proviene de combustibles fósiles (petróleo, carbón y gas) y de reacciones nucleares. El producto es energía que se transfiere como calor, el cual es útil directamente para calentar edificios, cocinar y realizar procesos químicos; sin embargo, para operar una máquina oimpulsar un vehículo, necesitamos energía mecánica. Un dispositivo que transforma calor parcialmente en trabajo o energía mecánica es una máquina de calor.

(a) Un bloque de hielo se derrite irreversiblemente cuando lo colocamos en una caja metálica caliente. Fluye calor de la caja al hielo y el agua, nunca al revés. (b) Se derrite hielo reversiblemente en una caja metálica a 0°C. Si aumentamos oreducimos infinitesimalmente la temperatura de la caja, podremos hacer que fluya calor de la caja hacia el hielo (derritiéndolo) o hacia la caja desde el agua (congelándola)

Máquina de calor. El dispositivo conocido como convertidor termoeléctrico utiliza una serie de celdas semiconductoras para convertir la energía térmica en energía eléctrica. Cuando ΔT es cero,no es posible obtener trabajo...
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