química

Introducción a la Segunda Ley
de la Termodinámica
Prof. Jesús Hernández–Trujillo
Facultad de Química,UNAM

Segunda Ley/JHT– p. 1/29

Espontaneidad
Variables termodinámicas:
Ley cero
Primera Ley

−→
−→

Temperatura
Energía interna

Segunda Ley/JHT– p. 2/29

Espontaneidad
Variables termodinámicas:
Ley cero
Primera Ley
Segunda Ley

−→
−→
−→

Temperatura
Energíainterna
Entropía

Segunda Ley/JHT– p. 2/29

Todo proceso satisface satisface el principio de
conservación de la energía
∆U = Q + W

La primera ley no contiene información sobre la
direccionalidad de un proceso
No establece restricciones en la conversión de una
forma de energía a otra

Segunda Ley/JHT– p. 3/29

Todo proceso satisface satisface el principio de
conservación de laenergía
∆U = Q + W

La primera ley no contiene información sobre la
direccionalidad de un proceso
No establece restricciones en la conversión de una
forma de energía a otra
La segunda ley de la termodinámica
trata sobre la direccionalidad de los
procesos espontáneos (naturales) y el
estado final del equilibrio
Segunda Ley/JHT– p. 3/29

Ejemplos:
1. Una pelota que rebota en el pisodirección de cambio espontaneo
111
000
111
000
111
000
111
000
11
00
11
00
11
00

11
00
11
00
11
00

11
00
11
00
11
00

Ec −→ Q

energía disipada

Segunda Ley/JHT– p. 4/29

Ejemplos:
2. Expansión de un gas

. ... .
. ..
.
..
. ..
. .. .
. .

eliminar
restricción

.. . .
.
. .
. . ..
. . .

.

.

.
.
..

restricción

Segunda Ley/JHT– p. 5/29Ejemplos:
3. Proceso de mezclado

azúcar

eliminar

agua

agua
azucarada
restricción

pared impermeable

Segunda Ley/JHT– p. 6/29

Ejemplos:
4. Proceso de igualación de temperatura

eliminar

T1

T

T2

T

restricción

pared adiabática

Segunda Ley/JHT– p. 7/29

Ejemplos:
5. Reacción química
H2
+
O2

→ H2 O

Reacción espontánea
a condicionesnormales

Segunda Ley/JHT– p. 8/29

Los procesos anteriores ocurren
espontáneamente

Segunda Ley/JHT– p. 9/29

Los procesos anteriores ocurren
espontáneamente

Un proceso no espontáneo sólo
tiene lugar si se realiza trabajo
sobre el sistema

Segunda Ley/JHT– p. 9/29

Función entropía
La función entropía, S , es una función de estado que
indica la direccionalidad de los procesosS ha de ser tal que

pueda medirse experimentalmente
su diferencial sea exacta
prediga la direccionalidad de un proceso

Segunda Ley/JHT– p. 10/29

Consideraciones:
El calor involucrado en un proceso juega un papel
central en la definición de la entropía

Segunda Ley/JHT– p. 11/29

Consideraciones:
El calor involucrado en un proceso juega un papel
central en la definición de laentropía
La experiencia indica que es posible convertir todo el
trabajo en calor pero no al revés
Es decir

Segunda Ley/JHT– p. 11/29

Consideraciones:
El calor involucrado en un proceso juega un papel
central en la definición de la entropía
La experiencia indica que es posible convertir todo el
trabajo en calor pero no al revés
Es decir
Hay una asimetría natural en la eficiencia deconversión
de de calor en trabajo y en la conversión de trabajo en
calor

Segunda Ley/JHT– p. 11/29

Dos opciones:
1. como postulado
2. mediante el estudio de máquinas térmicas

Segunda Ley/JHT– p. 12/29

Dos opciones:
1. como postulado
2. mediante el estudio de máquinas térmicas
En lo que sigue, se presentan
algunos aspectos de ambas

Segunda Ley/JHT– p. 12/29

Construcción dela función entropía:
A partir de la primera ley de la termodinámica:
−
dU = d Qrev − pdV
reversible

y con
dU = Cv dT +

Cp − Cv
Vα

− p dV

se obtiene
−

d Qrev = Cv dT +

Cp − Cv
Vα

dV
Segunda Ley/JHT– p. 13/29

Ejercicios:
Demuestra que para un gas ideal:
−

d Qrev = Cv dT +

nRT
V

dV

Segunda Ley/JHT– p. 14/29

Ejercicios:
Demuestra que para un...