Postulados

2nd Law

1.

Procesos Reversibles e Irreversibles
Un proceso termodin´mico se denomina cuasi-est´tico si ocurre tan lentamente que en cada
a
a

instante de tiempo el sistema est´ infinitamente cerca de encontrarse en equilibrio t´rmico. Un
a
e
proceso se denomina reversible si al llevarlo a cabo en sentido inverso el sistema adopta cada
uno de sus estados originales en orden temporalinverso.
Todo proceso reversible es cuasi-est´tico, pero el rec´
a
ıproco no es cierto, podemos llevar
adelante procesos cuasiest´ticos irreversiles.
a

2.

La Segunda Ley de la Termodin´mica
a
Existen fen´menos que a pesar de respetar la ley de conservaci´n de la energ´ no ocurren en
o
o
ıa

la pr´ctica, en particular los procesos irreversibles ocurren en forma espont´nea mientrasque
a
a
la inversi´n temporal de los mismos jam´s ocurre (a´n cuando dicha inversi´n temporal respete
o
a
u
o
la primera ley). La Segunda Ley de la termodin´mica incorpora este hecho a la termodin´mica.
a
a
Postulado 1 (La segunda Ley seg´ n Lord Kelvin) No existe una transformaci´n termodin´miu
o
a
ca cuyo unico efecto consista en extraer una cantidad de calor de un ba˜o t´rmicopara conver´
ne
tirla completamente en trabajo
o
a
Postulado 2 (La segunda Ley seg´ n Clausius) No existe una transformaci´n termodin´miu
ca cuyo unico efecto consista en extraer una cantidad de calor de un ba˜o t´rmico para entregarla
´
ne
a otro ba˜o t´rmico m´s caliente
ne
a
1

3.

M´quinas T´rmicas
a
e

a
e
a
ıclico
Definici´n 1 Una m´quina t´rmica es un sistematermodin´mico que sufre un proceso c´
o
en que el sistema lleva a cabo las siguientes acciones
1. Absorbe una cantidad de calor Q2 de un ba˜o t´rmico a temperatura T2
ne
2. Entrega una cantidad de calor Q1 a un ba˜o t´rmico a temperatura T1 < T2 y
ne
3. Realiza una cierta cantidad de trabajo W
Definici´n 2 La eficiencia de una m´quina t´rmica es el cociente entre el trabajo realizado por
o
a
e
lam´quina y el calor que esta absorbe, es decir:
a
η=

3.1.

W
Q2

(1)

Equivalencia entre los postulados de la segunda ley

Comencemos por ver que Si el postulado de Kelvin es falso el de Clausius tambi´n lo es.
e
Para ello veamos que si el postulado de Kelvin es falso podemos extraer una cantidad de calor
de un reservorio a temperatura T< y convertirlo enteramente en trabajo sinning´n efecto
u
adicional, ahora bien, este trabajo puede ser convertido en calor para ser entregado a un ba˜o
n
t´rmico a temperatura T> sin ning´n efecto adicional. Tenemos pues un proceso de dos pasos
e
u
que contradice el postulado de Clausius.
Para probar que si el postulado de Clausius es falso el de Kelvin tambi´n lo es comencemos
e
por extraer una cantidad de calor Q2 de un ba˜ot´rmico a temperatura T< y entreguemos
ne
Q2 a un ba˜o t´rmico a temperatura T> lo que no podemos hacer sin efecto adicional alguno.
ne
Ahora hagamos que una m´quina t´rmica opere entre los dos reservorios asegur´ndonosde que
a
e
a
la cantidad de calor que la m´quina extrae del ba˜o t´rmico a temperatura T> sea exactamente
a
ne
2

Q2 . El resultado neto de este procesoi es que nuestrosistema convierte todo el calor Q2 en
trabajo sin efecto adicional alguno lo que implica la falsedad del postulado de Kelvin.
En definitiva, hemos probado que ambos postulados son equivalentes.

4.

La M´quina de Carnot
a
Una m´quina t´rmica reversible es una m´quina de Carnot.
a
e
a

Definici´n 3 El ciclo de Carnot se compone de los siguientes cuatro procesos:
o
1. Una expansi´nisot´rmica en que la m´quina absorbe una cantidad de calor Q2 de un ba˜o
o
e
a
n
t´rmico a temperatura T2 .
e
o
a
2. Una expansi´n adiab´tica
3. Una compresi´n isot´rmica en que se libera una cantidad de calor Q1 a un ba˜o t´rmico
o
e
ne
a temperatura T1 < T2 y finalmente
o
a
4. Una compresi´n adiab´tica que lleva al sistema a su volumen inicial.
Como el sistema realiza un ciclo el...