Termodinámica

UNIVERSIDAD SANTIAGO DE CALI FACULTAD DE CIENCIAS BASICAS DEPARTAMENTO DE CIENCIAS NATURALES, EXACTAS Y ESTADISTICA TERMODINÁMICA
Profesor: MSc. JAVIER A. MURILLO M.

UNIDAD 3: SEGUNDA LEY DE LA TERMODINAMICA Y ENTROPIA.
La primera ley de la termodinámica es la ley de conservación de la energía

generalizada para incluir el calor como una forma de transferencia de energía. Esta ley sóloafirma que un aumento en algunas de las formas de energía debe estar acompañado por una disminución en alguna otra forma de la misma. La primera ley no produce ninguna restricción sobre los tipos de conversiones de energía que pueden ocurrir. Además no hace distinción entre el trabajo y el calor. De acuerdo con la primera ley, la energía interna de un sistema se puede incrementar ya sea agregandocalor o realizando un trabajo sobre el sistema. Pero existe una diferencia muy importante entre el trabajo y el calor que no se evidencia de la primera ley. Por ejemplo, es posible convertir completamente el trabajo en calor, pero en la práctica, es imposible convertir completamente el calor en trabajo sin modificar los alrededores.

La segunda ley de la termodinámica establece cuales procesos dela naturaleza pueden ocurrir o no. De todos los procesos permitidos por la primera ley, solo ciertos tipos de conversión de energía pueden ocurrir. Los siguientes son algunos procesos compatibles con la primera ley de la termodinámica, pero que se cumplen en un orden gobernado por la segunda ley.  Cuando dos objetos que están a diferente temperatura se ponen en contacto térmico entre sí, el calorfluye del objeto más cálido al más frío, pero nunca del más frío al más cálido.  La sal se disuelve espontáneamente en el agua, pero la extracción de la sal del agua requiere alguna influencia externa.  Cuando se deja caer una pelota de goma al piso, rebota hasta detenerse, pero el proceso inverso nunca ocurre.

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Profesor: MSc. JAVIER A. MURILLO M.

Todos estos son ejemplos de procesos irreversibles, es decir procesos que ocurren naturalmente en una sola dirección. Ninguno de estos procesos ocurre en el orden temporal opuesto. Si lo hicieran, violarían la segunda ley de la termodinámica. La naturaleza unidireccional de los procesos termodinámicosestablece una dirección del tiempo.

La segunda ley de la termodinámica, que se puede enunciar de diferentes formas equivalentes, tiene muchas aplicaciones prácticas. Desde el punto de vista de la ingeniería, tal vez la más importante es en relación con la eficiencia limitada de las máquinas térmicas. Expresada en forma simple, la segunda ley afirma que no es posible construir una máquina capaz deconvertir por completo, de manera continua, la energía térmica en otras formas de energía.

3.1. MAQUINAS TERMICAS 3.1.1. Máquina térmica.
Una máquina térmica es un dispositivo que convierte energía térmica en otras formas útiles de energía, como la energía eléctrica y/o mecánica. De manera explícita, una máquina térmica es un dispositivo que hace que una sustancia de trabajo recorra un procesocíclico durante el cual  se absorbe calor de una fuente a alta temperatura,  la máquina realiza un trabajo y  libera calor a una fuente a temperatura más baja.

Por ejemplo, en un motor de gasolina,  el combustible que se quema en la cámara de combustión es el depósito de alta temperatura,  se realiza trabajo mecánico sobre el pistón y

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 la energía de desecho sale por el tubo de escape.

O en un proceso característico para producir electricidad en una planta de potencia, el carbón o algún otro tipo de combustible se quema y el calor generado se usa para producir vapor de agua. El vapor se dirige hacia las aspas...