Segunda Ley De La Termodinamica

SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA

Hasta ahora se ha expuesto la primera ley de la termodinámica, la cual requiere la conservación de energía durante un proceso. Este capítulo presenta la segunda ley de la termodinámica, la cual afirma que los procesos suceden en cierta dirección y que la energía tiene calidad así como cantidad. Un proceso no es posible a menos que satisfaga tanto la primeracomo la segunda leyes de la termodinámica. En este capítulo se presentan los postulados de la segunda ley, la definición de la propiedad entropía, los depósitos de energía térmica, los procesos reversible e irreversible, las máquinas térmicas, los refrigeradores y las bombas de calor, el ciclo de carnot y se examinan los principios de carnot. Luego se estudia la segunda ley de la termodinámica paraun volumen de control y la aplicación de un proceso isentrópico.

1. POSTULACIONES DE LA SEGUNDA LEY.

El empleo de la segunda ley de la termodinámica, no se limita a identificar la dirección de los procesos. La segunda ley también afirma que la energía tiene calidad. La primera ley tiene que ver con la cantidad y la transformación de la energía de una forma a otra sin importar la calidad.Preservar la calidad de la energía es un interés principal de los ingenieros, y la segunda ley brinda los medios necesarios para determinar la calidad, así como el nivel de degradación de la energía durante un proceso.

A continuación la plantearan una serie de fenómenos que caen en el dominio de la segunda ley.

1. El flujo de calor desde una temperatura alta hacia una baja, en ausencia de otrosefectos. Esto significa que un cuerpo caliente se enfría al ponerse en contacto con un cuerpo de temperatura inferior, lo que nunca sucede en sentido inverso.

2. Cuando dos gases, se colocan en una cámara aislada, se mezclan unifórmemente en toda la cámara; pero una vez mezclados, no se separan espontáneamente.

3. Una batería se descarga a través de una resistencia, con desprendimiento deuna cierta cantidad de energía; pero no puede realizarse el fenómeno a la inversa, es decir, suministrar energía a la resistencia por calentamiento a fin de producir la carga de la batería.

4. No es posible construir una máquina o dispositivo que opere continuamente, recibiendo calor de una sola fuente y produciendo una cantidad equivalente de trabajo.

Los fenómenos 1 y 4 se aceptan comúnmentecomo enunciados de la segunda ley de la termodinámica.

· Enunciado de Kelvin - Planck:

Es imposible construir un aparato que funcione según un ciclo cerrado y cuyo único efecto sea el de producir trabajo e intercambiar calor teniendo una sola fuente de calor.
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Fig.#20. Enunciado de Kelvin - Planck

· Enunciado de Clausius:

Es imposible construir un aparato que funcione según unciclo cerrado y cuyo único efecto sea el de Transferir de calor de un cuerpo frío a un cuerpo más caliente.
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Fig.#21. Enunciado de Clausius.

2.1 MÁQUINAS TÉRMICAS Y REFRIGERADORES.

En el desarrollo de la segunda ley de la termodinámica es conveniente tener un cuerpo hipotético con capacidad de energía térmica (masa x calor específico) grande que pueda suministrar o absorber cantidadesfinitas de calor sin que sufra ningún cambio de temperatura. Un cuerpo con esa características se llama depósito de energía térmica. En la práctica, los grandes cuerpos de gua como los océanos, lagos y ríos, así como el aire atmosférico, precisamente, pueden modelarse como depósitos de energía térmica debido a sus grandes capacidades de almacenamiento de energía térmica o de masas térmicas.

·MÁQUINAS TÉRMICAS.

De manera sencilla una máquina térmica es aquel dispositivo que convierte e l calor a trabajo. Además podemos definirla como aquel dispositivo que funciona en un ciclo termodinámico, y realiza un cierta cantidad de trabajo neto positivo como resultado de la transmisión de calor desde un cuerpo a alta temperatura hacia un cuerpo a baja temperatura.

Algunos ejemplos de...