Maquinas_Termicas

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0. Inicio

fing

´
´
III. Maquinas
Termicas

(use los comandos de su visor pdf para navegar las fichas)

´
´
FICHAS GU´IA: Maquinas
Termicas
– p. 1/3

1. segunda ley: necesidad

fing

¿Porque´ necesitamos una segunda ley?
´ de la energ´ıa (primera ley) pone l´ımites a los procesos
La conservacion
posibles, pero existen muchos procesos que la cumpen y notienen lugar.
´
´ pero
Estos procesos tienen lugar espontaneamente
en una direccion
´ opuesta. La segunda ley nos permite distinguir en
no en la direccion
´ tiene lugar un proceso esponaneamente.
´
que´ direccion
´ sobre el sentido de la
Es la unica
´
ley f´ısica que realiza una afirmacion
flecha del tiempo. Sus fundamentos son estad´ısticos y es una de las
´ generales de la f´ısica, con respecto a surango de
leyes mas
´
aplicacion.
´ detalles consultar:
por mas
´
´
de Termodinamica
Estad´ıstica
notas sobre segunda ley o´ modulo

´
´
FICHAS GU´IA: Maquinas
Termicas
– p. 2/3

2a. segunda ley: un primer ejemplo

fing

´ de una diferencia finita de temperatura
Transferencia de calor a traves
´
Dos bloques identicos
(masa

m, calor

espec´ıfico c) intercambian calor en un
recinto aislado.Inicialmente, TA

> TB

y al final se equilibran en una
temperatura comun
´ T.

primera ley:

∆UA+B

1
= mc(2T −TA −TB ) = 0 ⇒ T = (TA +TB )
2

´
el proceso tiene lugar espontanea
y

PSfrag replacements

gradualmente:

T, o C
tiempo

100
20
60

[sigue]

´
´
FICHAS GU´IA: Maquinas
Termicas
– p. 3/3

2b. segunda ley: un primer ejemplo

proceso en reversa

Si, inicialmente, TA

fing

= TB = T y setransfiere calor de modo que al final

TA > T B .
de nuevo, la primera ley vincula
las temperaturas

∆UA+B = mc(TA +TB −2T ) = 0
´ impide que el proceso ocurra en la direccion
´
nada en esta expresion
indicada.
[sigue]

´
´
FICHAS GU´IA: Maquinas
Termicas
– p. 4/3

2c. segunda ley: un primer ejemplo

fing

proceso en reversa

Sin embargo, este proceso no tiene lu´
gar espontaneamente.

La experienciaindica que ES IMPOSIBLE que el proceso en reversa tenga
´
lugar espontaneamente.
Aunque se podr´ıa forzar la transferencia con el auxilio de una
bomba de calor.

´
´
FICHAS GU´IA: Maquinas
Termicas
– p. 5/3

´
´
3. maquina
termica

fing

´
notacion:
en este contexto, los s´ımbolos para calor Q y trabajo W representan
cantidades positivas (*) correspondientes al intercambio entre
´
reservas termicasy una sustancia que recorre un c´ıclo. Las
temperaturas alta y baja se indican por TH y TL respectivamente.
´
´ de signos.
(*) en otras palabras, en este
contexto no usaremos la convencion

´
maquina
termica:

un dispositivo que opera en un ciclo
y produce trabajo a partir de fuentes
de calor a diferentes temperaturas.

´
´
FICHAS GU´IA: Maquinas
Termicas
– p. 6/3

´
4. eficiencia termica

fing´
eficiencia termica:
´ entre utilidad y costo. Para una maquina
´
´
Es la razon
termica
la
utilidad es el trabajo W
fuente a TH , por lo que

= QH − QL y el costo es el calor QH de la

W
QL
ηT =
=1−
QH
QH
observe que ηT

´
∈ [0, 1], por definicion.

´
´
la segunda ley establece un l´ımite termodinamico
a la eficiencia termica.
´
la maxima
eficiencia posible no es 1.

´
´
FICHAS GU´IA: MaquinasTermicas
– p. 7/3

5. enunciado de Kelvin-Planck

fing

´
´
´
No existe una maquina
termica
que opere con eficiencia termica
1.

ηT = 1 ⇒ W = Q H > 0
´ es c´ıclica.
es imposible, si la operacion

´
es necesario que la maquina
libere calor a la fuente de baja,
es decir ηT

< 1.

´
´
FICHAS GU´IA: Maquinas
Termicas
– p. 8/3

6a. bomba de calor

fing

´
´
una maquina
termica
operada en
reversa es unabomba de calor. Consume trabajo y transfiere calor de una
fuente de baja a una de alta.

´ del coeficiente de performance (COP),
Su eficiencia se mide a traves

QH
1
COPB =
=
W
1 − QL /QH
no es estrictamente una eficiencia ya que COPB

≥ 1.

´
´
FICHAS GU´IA: Maquinas
Termicas
– p. 9/3

6b. Refrigerador

fing

El ciclo anterior se puede considerar como un refrigerador,
en cuyo caso, la...