segunda ley de la termodinamica

INTRODUCCION A LA SEGUNDA LEY DE LA TERMODINAMICA


CICLO DE CARNOT

Este ciclo se compone de cuatro etapas reversibles, por lo tanto es un ciclo reversible. Por lo general un sistema es sometido a los siguientes cambios reversibles de estado:
Etapa 1: Expansión isotérmica
Etapa 2: Expansión adiabática
Etapa 3: Comprensión isotérmica
Etapa 4: Comprensión adiabática

Un sistema comoeste que solo produce efectos de calor y de trabajo se denomina maquina térmica.

En la tabla 1. Se describen los estados inicial y final, así como la aplicación de la primera ley a cada etapa del ciclo de Carnot.

Etapa
Estado inicial
Estado final
Primera ley
1
T1, p1, V1
T1, p2, V2
∆U1 = Q1 − W1

2
T1, p2, V2
T2, p3, V3
∆U2 = − W2

3
T2, p3, V3
T2, p4, V4
∆U1 = Q2 – W34
T2, p4, V4
T1, p1, V1
∆U1 = − W4



SEGUNDA LEY DE LA TERMODINAMICA

No es posible para un sistema que opera en un ciclo conectado a una sola reserva de calor producir una cantidad positiva de trabajo sobre el entorno.

CARACTERISTICAS DE UN CICLO REVERSIBLE

La reversibilidad requiere que en una transformación cíclica, después de que el ciclo completo se ha realizado una vez enuna dirección y otra dirección opuesta, e entorno restablezca sus condiciones originales. Lo que significa que las reservas y las masas deben regresar a su condición inicial, lo que se alcanza sólo si al operar el ciclo en sentido inverso se invierten los signos de W y del Q1 y Q2, en forma individual.

De este modo para una maquina reversible tenemos:
Ciclo directo: Wci, Q1, Q2 Wci:Q1 + Q2
Ciclo inverso: −Wci, −Q1, −Q2 −Wci: −Q1 + (−Q2)

MAQUINA DE MOVIMIENTO PERPETUO DE SEGUNDA CLASE

Una máquina de movimiento perpetuo de la segunda clase viola la segunda ley, cuando produce trabajo al operar cíclicamente e intercambiando calor únicamente con cuerpos a una temperatura fija única. Un dispositivo de esta clase no viola la primera ley.
A diferencia de lasmaquinas perpetuas de primera clase, las maquinas perpetuos de segunda especie no funcionan obteniendo energía a partir de la nada sino transformando energía en forma de calor (o energía interna) en energía mecánica, sin un coste adicional en forma de entropía. Una de las maquinas de movimiento perpetuo más curiosas es el formado por una combinación de una máquina de Carnot y otra máquina con menorrendimiento que esta.



LA EFICIENCIA DE LAS MAQUINAS TERMICAS

La eficiencia, ɛ, de una maquina térmica se define como la razón entre el trabajo producido y la cantidad de calor extraído de la reserva de alta temperatura:
ɛ, Ξ
Pero como W = Q1 + Q2,
= 1 + (1)
Como Q1 y Q2, difieren en signo, el segundo término de la ecuación (1) es negativo, en consecuencia, la diferencia serámenor que la unidad. La eficiencia es la fracción de calor transferida desde la fuente de alta temperatura que se convierte en trabajo en el proceso cíclico.

ESCALA TERMODINAMICA DE TEMPERATURA

La escala de temperatura termodinámica es independiente del fluido de trabajo. Para llevar a cabo esto, consideremos la situación que se muestra en la figura que incluye tres ciclos reversibles. Setiene un reservorio de calor de alta temperatura a T1 y un reservorio de calor a baja temperatura T3. Para cualesquiera dos temperaturas T1 y T2 la razón de las magnitudes de calor absorbido y expelido en el ciclo de Carnot tienen el mismo valor para todo el sistema


La transferencia de calor Q1 es la misma en los ciclos A y C, también Q3 es el mismo para los ciclos B y C. Para un ciclo deCarnot tenemos:
n= 1 + = F(TL , TH)
Del mismo modo podemos escribir
= F (T1, T2) = F (T2, T3) = F (T1, T3)









Y también podemos escribir la relación





De esta manera concluimos que  F(T1, T2) debe ser de la forma f(T1)/ f(T2), análogamente se tiene F(T2,T3) = f(T1)/ f(T2).


La razón del intercambio de...