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AMPLIACIÓN DE FÍSICA

SEGUNDO PRINCIPIO

CONTENIDO

• Introducción
• Máquinas térmicas. Rendimiento
• Segundo principio. Enunciado de kelvin-Planck
• Refrigeradores y bombas de calor
• Segundo principio. Enunciado de Clausius
• Ciclo de Carnot. Consecuencias

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SEGUNDO PRINCIPIO

BIBLIOGRAFÍA
TIPLER, PA. Físicapara la Ciencia y la Tecnología Ed Reverté, 5ª edición
Capítulos: 19.1-19.5
DOUGLAS C. GIANCOLI Física para Universitarios
Capítulos: 20.1-20.4, 20.10
YUNUS A. ÇENGEL, MICHAEL A. BOLES Termodinámica Mc Graw Hill 2006
Capítulos: 6

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SEGUNDO PRINCIPIO

INTRODUCCIÓN
El primer principio es una ley experimental que niega laposibilidad de que se verifiquen procesos en
los que no se cumpla la conservación de la energía. Sin embargo, no dice nada acerca de en qué
dirección se producen. Por ejemplo:
• Dos objetos a diferente temperatura se ponen en contacto térmico. El primer principio no se
opone a que el calor pase del cuerpo frío al caliente, sólo establece que el calor cedido por un
cuerpo es igual al calorabsorbido por el otro. Sin embargo, experimentalmente se observa que las
temperaturas se igualan, lo que implica que el calor fluye del objeto más caliente al más frío,
nunca del más frío al más caliente.
• Empujamos un bloque por una mesa con rozamiento siguiendo una trayectoria cerrada. El
trabajo de rozamiento se transforma en energía térmica que eleva la temperatura del conjunto
bloque-mesa.El conjunto cede calor al entorno hasta conseguir el equilibrio térmico. El proceso
contrario no ocurre: el bloque y la mesa no se enfrían espontáneamente para convertir esa
energía térmica en energía cinética

El segundo principio de la termodinámica establece cuáles procesos pueden ocurrir en la
naturaleza y cuáles no. No dice nada acerca de la rapidez con la que se alcanza el equilibrio:un
proceso puede durar segundos o miles de años, y por eso, aunque esté permitido, no se observa en
la vida cotidiana.

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MÁQUINAS TÉRMICAS
El trabajo se puede convertir en calor de manera directa y por completo, sin embargo convertir el
calor en trabajo requiere de dispositivos especiales. Estosdispositivos se llaman Máquinas
Térmicas.
Las máquinas térmicas:
• Realizan procesos cíclicos
• Contienen una sustancia de trabajo
• Reciben calor, QH, de una fuente a temperatura alta, TH
• Convierten parte del calor que se les suministra en trabajo
• Ceden calor, QC, hacia un sumidero de calor a baja temperatura, TC
Ejemplos: central eléctrica de vapor, motores de combustión interna

Lasfuentes y sumideros de calor son sustancias con capacidad calorífica alta, que pueden suministrar o
absorber gran cantidad de calor sin que se modifique apreciablemente su temperatura.
Ejemplos: un combustible fósil que se quema, atmósfera, ríos, lagos, etc.

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RENDIMIENTO
Si evaluamos el primer principioen un proceso cíclico

Representación gráfica

∆U = ∆Q + W
∆Q = − W

Fuente
TH

puesto que ∆U=0

QH

Máquina
térmica

Si calculamos el trabajo realizado POR la máquina:

W = QH − QC
calor absorbido

W

QC

calor cedido

Sumidero
TC

RENDIMIENTO, η : se define como el cociente entre el trabajo realizado por la máquina y el calor absorbido

ε=

Q − QC
Q
W
=H
=1− C
QH
QH
QH

Valor típico de rendimiento
es del 40%

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2º PRINCIPIO: Enunciado de Kelvin-Planck
Es imposible construir una máquina térmica que, operando en un ciclo, no produzca otro efecto que la
absorción de calor de un depósito y la realización de una cantidad de trabajo igual al calor...