2do principio de la termodinamica

SEGUNDO PRINCIPIO DE LA TERMODINAMICA
MAQUINAS TERMICAS
Como te comenté en el apunte del primer principio, aunque la termodinámica se desarrolló como
una respuesta de la ciencia para explicar el funcionamiento de máquinas y motores que aparecieron en la
revolución industrial, los principios descubiertos se pueden aplicar a cualquier sistema, por ejemplo
sistemas mecánicos, sistemasvivos, sistemas informáticos, sistemas eléctricos... lo que se te ocurra.
Una máquina térmica es una especie de aparato que transforma calor en trabajo. Vos le entregás
calor, ella te entrega trabajo. Estas máquinas térmicas funcionan con una fuente fría y una fuente caliente.
La fuente caliente suele ser una caldera. La fuente fría suele ser la atmósfera. Por ejemplo, las viejas
áquinas devapor, las locomotoras antiguas, los motores de los autos, etc.. En realidad cualquier
máquina que funcione con calor es una máquina térmica. Por ejemplo una heladera también es una
máquina térmica.
m
En realidad una máquina térmica es cualquier cosa que toma calor y lo transforma en trabajo. Visto
de esta manera, el cuerpo humano también es una maquina térmica. Vos le das calor alcuerpo en forma de
energía química con los alimentos y él te lo transforma en trabajo. Ese trabajo puede ser andar en bicicleta,
subir una montaña o lo que sea.
Todo muy lindo pero en la práctica para resolver los problemas hay que considerar que una
máquina térmica es un cilindro con gas al que se le entrega calor. Se le entrega calor, el gas se expande, el
pistón del cilindro se mueve ycon ese movimiento uno puede realizar un trabajo.
Por ejemplo un pistón en movimiento puede abrir y cerrar una puerta, o puede mover un auto, o
puede levantar un ascensor, etc. Es decir, una máquina térmica sería algo así:
W
Desde el punto de vista de la termodinámica uno dice que tiene un sistema que es un gas
encerrado dentro de un cilindro. Ese gas recibe calor de una fuente decalor. Lo llamo Q
ENTRA
. La máquina
usa ese calor Q
ENTRA
para expandir el gas. El gas se expande y genera un trabajo W. Pero todo el calor
Q
ENTRA
no puede ser aprovechado. Hay una parte que se pierde y se va a la atmósfera. A ese calor
desaprovechado lo llamo Q
SALE
.
W
Observar la gráfica:
Supongamos que hago entrar 100 Kilocalorías al gas del cilindro. Ponele que de esas100 Kcal logro
aprovechar 10 Kcal para realizar trabajo y el resto se pierde. Puedo decir que :
QENTRA = 100 Kcal
WREALIZADO = 10 Kcal ( = 41860 Joule )
QSALE = 90 Kcal
Para obtener el calor perdido hice la cuenta QSale
= 100 Kcal – 10 Kcal. Conclusión, la fórmula que voy a
usar de ahora en adelante para las máquinas térmicas es la que dice que todo el calor que entra a lamáquina sale en forma de trabajo y en forma de calor que se pierde en la fuente fría. Es decir:
Q
ENTRA
= W
REALIZADO
+ Q
SALE
Si llamo Q1 al calor que entra y Q2 al calor que sale puedo poner: Q1 = Q2 + W
O Lo que es lo mismo: W = Q1 – Q2 .

Prof. BARONI, Albano E. FÍSICA - 2º PRINCIPIO TERMODINÁMICAPag. 1Este es el esquema típico de una máquina térmica trabajando a régimen constante (o sea, sin variar su
propia temperatura), y por lo tanto manteniendo constante un energía interna, ΔU = 0
Los elementos que componen el esquema son:
La fuente caliente, acá representada con el rectángulo rojo (que podría ser una
caldera, o una cámara de combustión ocualquier cosa a alta temperatura). La
temperatura de la fuente es, T1.
T1
T2
W La fuente fría, acá representada con el rectángulo verde (que podría ser el
medio ambiente). La temperatura de la fuente fría es T2, con T1 > T2,
lógicamente.
La máquina propiamente dicha que, por lo general, funciona cíclicamente, a
régimen constante.
Las tres flechas son: Q1 el calor tomado de la...