segunda ley de la termodinamica

Instituto Tecnológico de Bahía de Banderas

Termodinámica


Ensayo de la Segunda Ley de la Termodinámica

Ingeniería ambiental



Segunda ley de la termodinámica
Tras estudiar la primera ley de la termodinámica que nos explica la conservación de la energía generalizada y nos limitamos a solo ciertas afirmaciones y ciertas limitaciones como los tipos de conversiones de la energía quepueden ocurrir, por lo que a continuación se presentara la secuencia de estas leyes o principios, en donde la segunda nos indica cuales procesos de la naturaleza pueden ocurrir o no, los ciertos tipos de conversiones de energía que pueden ocurrir, entre otras indicaciones que se resumen en el enunciado que resume esta segunda ley “el calor jamás fluye espontáneamente de un objeto frío a un objetocaliente”.

Para explicar lo anterior en necesario estudiar los enunciados de Kelvin-Planck y el de Clausius, procesos reversibles e irreversibles, el ciclo de Carnot y a manera de conclusiones las maquinas térmicas y su eficiencia térmica.

Kelvin-Planck
Prácticamente, encontramos maquinas térmicas que solo convierten una pequeña fracción del calor absorbido en trabajo mecánico, y espreciso lo que el enunciado de Kelvin-Planck nos dice: “es imposible construir una máquina térmica que, operando en un ciclo, no tenga otro efecto que absorber la energía térmica de una fuente y realizar la misma cantidad de trabajo”.


Entonces será imposible construir una maquina que pueda violar la segunda ley de la termodinámica.
En la figura 15.2 es muestra el esquema de una máquina térmicaperfecta imposible de construir y a diferencia en la figura 15.3 un refrigerador que es una maquina térmica que opera en sentido inverso, como se muestra de forma esquemática en donde la maquina absorbe calor Qf de una fuente fría y entrega calor Qc a la fuente cálida, se está haciendo trabajo sobre el refrigerador; se ve que el calor dotado a la fuente caliente debe ser igual a la suma del trabajorealizado y el calor absorbido de la fuente fría. Por lo tanto, se ve que el refrigerador transfiere calor del cuerpo más frío a un cuerpo más cálido (la cocina).

Clausius
Este segundo enunciado nos habla también sobre la imposibilidad de violar la segunda ley de la termodinámica: “es imposible construir una máquina cíclica, que no tenga otro efecto que transferir calor continuamente de uncuerpo hacia otro, que se encuentre a una temperatura más elevada”.
Y es así como se cumple lo que ya veníamos estudiando “ el calor no puede fluir espontáneamente de un objeto frío a otro cálido”. Enunciado que establece la dirección del flujo de calor entre dos objetos a distintas temperaturas. Siendo así que el calor sólo fluirá del cuerpo más frío al más cálido si se hace trabajo sobre elsistema. Para esta aseveraciones podemos referenciarnos una vez mas al ejemplo del refrigerador que se explico con anterioridad.

Procesos reversibles e irreversibles
Como ya lo hemos estudiado en párrafos anteriores el calor fluye en forma espontánea de un cuerpo más cálido a otro más frío, pero el proceso inverso sólo se puede lograr con alguna influencia externa. Entonces estos procesosunidireccionales se llaman procesos irreversibles, de esta manera los procesos son irreversibles si el sistema y sus alrededores no pueden regresar a su estado inicial.
Por el contrario, un proceso es reversible cuando su dirección puede invertirse en cualquier punto mediante un cambio en las condiciones externas.
Una transformación reversible se realiza mediante una sucesión de estados de equilibrio delsistema con su entorno y es posible devolver al sistema y su entorno al estado inicial por el mismo camino. Por lo tanto lo reversible está equilibrado.
El concepto de proceso reversible es de especial importancia para establecer el límite teórico de la eficiencia de las máquinas térmicas.

Ciclo de Carnot
Carnot demuestra que una máquina térmica que operara en un ciclo ideal reversible...