Principio de funcionamiento de un refrigerador

FUNDACION CHAMINADE
COLEGIO SANTA MARIA DE LA CORDILLERA.

GUIA DE ESTUDIO TERMODINÁMICA.
CUARTO MEDIO FORMACION DIFERENCIADA.

TEMA: Segunda ley de la Termodinámica.

- Repaso: La primera ley de la Termodinámica es una consecuencia de la ley de conservación de la energía y establece que la variación de la energía interna de un sistema "ΔU" es igual a la suma de la cantidad de calorque ingresa al sistema "Q" y el trabajo realizado por el sistema "W".

ΔU = Q – W

Sin embargo, podemos imaginar muchos procesos que conservarían la energía, pero que no sucedan en la naturaleza. Por ejemplo, sabemos que cuando se coloca un objeto caliente en contacto con otro frío, el calor pasa desde el cuerpo que tiene mayor temperaturahacia el de menor temperatura, pero nunca al revés en forma espontánea. Si el calor abandonara el cuerpo más frío para pasar al más caliente, se conservaría también la energía. Sin embargo, esto no sucede.

Como un segundo ejemplo, podemos analizar lo que sucede cuando se deja caer una piedra que choca contra el piso. La energía potencial inicial de la piedra se transforma enenergía cinética a medida que la piedra cae; cuando ésta choca contra el piso, tal energía, a su vez, se transforma en energía interna de la piedra y del piso cercano al impacto; las moléculas se mueven con mayor rapidez y la temperatura aumenta un poco. Así se conserva la energía. Pero, ¿alguna vez se ha visto lo contrario?, es decir, que una piedra en reposo sobre el piso se eleve de repente debido aque la energía térmica de las moléculas se transformen en energía cinética de la piedra como conjunto? En un proceso de este tipo se conservaría la energía, pero nunca lo veremos suceder así.

Hay muchos otros ejemplos de procesos que suceden en la naturaleza, sin que ocurra el proceso inverso. Por ejemplo: el te o café vertido en una taza entrega calor al medio circundante, pero ...Para explicar esta falta de "reversibilidad" en los procesos, los científicos formularon en la segunda mitad del siglo XIX, un nuevo principio conocido como "segunda ley de la termodinámica".

Esta ley ha sido enunciada de diversas formas, todas ellas equivalentes. Uno de sus enunciados dado por R.J. Clausius dice que: " el calor pasa en forma natural (espontánea)desde un objeto caliente a uno frío; nunca pasará espontáneamente de un objeto frío a uno caliente.

Puesto que este enunciado se aplica a un proceso determinado, no es obvia la forma en que se aplica a otros procesos. Necesitamos entonces un enunciado más general que incluya otros procesos de manera más obvia.

El desarrollo de un enunciado general para la segunda ley de latermodinámica se basó en gran parte, en el estudio de las "máquinas térmicas". Una máquina térmica es cualquier dispositivo o sistema que transforma la energía térmica en trabajo mecánico.

La mayoría de las máquinas térmicas convierten calor en trabajo, como las turbinas a gas o vapor, y los motores a explosión. También existen máquinas térmicas que realizan el proceso inverso,transformando el trabajo en calor, como los refrigeradores, el aire acondicionado y los sistemas de calefacción.

- Máquinas térmicas: Es fácil producir energía térmica mediante la realización de algún trabajo; por ejemplo, frotándose las manos enérgicamente o mediante cualquier proceso de fricción. Pero, es más difícil obtener trabajo a partir de la energía térmica. Sólo hasta cerca del año 1700 seinventó una máquina para hacerlo: "el motor a vapor".

La idea básica detrás de cualquier máquina térmica es que se puede obtener energía mecánica a partir de energía térmica sólo cuando se permite el paso del calor de una región a alta temperatura a otra de baja temperatura. En el proceso, parte del calor puede transformarse en trabajo mecánico, como se ilustra en el diagrama siguiente:...