Segunda Ley De La Termodinamica

Capitulo 6

La segunda ley de la termodinámica

Introducción a la segunda ley
El uso de la segunda ley de la termodinámica no se limita a identificar la dirección de los procesos, también afirma que la energía tiene calidad así como cantidad. La primera ley se relaciona con la cantidad de energía y transformaciones de energía de una forma a otra sin considerar su calidad. Conservar lcalidad de la energía es una cuestión importante para lo ingenieros, y la segunda ley provee lo medios necesarios para determinarla, así como el grado de degradación que sufre la energía durante un proceso.
La segunda ley de la termodinámica se usa también para determinar lo limites teóricos en el desempeño de sistemas de ingeniería de uso ordinario, como maquinas térmicas y refrigeradores, así comopredecir el grado de terminación de reacciones químicas.
Depósitos de energía térmica
En el desarrollo de la segunda ley de la termodinámica, es muy conveniente tener un hipotético cuerpo que posea una capacidad de térmica relativamente grande que pueda suministrar o absorber cantidades finitas de calor sin experimentar ningún cambio de temperatura. Tal cuerpo se llama depósito de energíatérmica.
Un depósito que suministra energía en forma de calor se llama fuente, y otro que absorbe energía en la forma de calor se llama sumidero. Los depósitos de energía térmica suelen denominarse depósitos de calor porque proveen o absorben energía en forma de calor.
Maquinas térmicas.
Convertir el calor en trabajo requiere usar algunos dispositivos especiales. Estos dispositivos se llamanmaquina térmicas.
Las maquinas térmicas difieren bastante entre sí, pero es posible caracterizarlas a todas mediante:
1. Reciben calor de una fuente a temperatura alta (energía solar, horno de petróleo, reactor nuclear etc.)
2. Convierten parte de este calor en trabajo (por lo general en la forma de flecha rotatoria).
3. Rechazan el calor de desecho hacia un sumidero de calor de bajatemperatura (la atmosfera, ríos etc.)
4. Operan en un ciclo.
Las maquinas térmicas y otros dispositivos cíclicos por lo común requieren un fluido hacia y desde el cual se trasfiere calor mientras experimenta un ciclo. Al fluido se le conoce como fluido de trabajo.
El termino, maquina térmica se usa con frecuencia en un sentido mas amplio que incluye dispositivos que producen trabajo que noopera en un ciclo termodinámico.
Eficiencia térmica
Solo parte del calor transferido a la maquina térmica se convierte en trabajo. La fracción de la entrada de calor que se convierte en salida de trabajo neto es una medida de desempeño de una maquina térmica y se llama eficiencia térmica ɳter.
Para las maquina térmicas, la salida deseada es el trabajo neto, mientras que la entrada querequiere es la cantidad de calor suministrado al fluido de trabajo. Entonces la eficiencia térmica de una maquina térmica se puede expresar como:
eficiencia térmica=salida de trabajo neto entrada de calor total

También es posible expresarla como:
ɳter=1-QsalidaQentrada
para uniformar el tratamiento de maquinas térmicas, refrigeradores y bombas de calor, se definen estas dos cantidades:
QH=magnitud de la transferencia de calor entre el dispositivo cíclico y el media a alta temperatura TH.
QL= magnitud de transferencia de calor entre el dispositivo cíclico y el medio de baja temperatura TL.
Entonces el trabajo neto y las relaciones de eficiencia térmica para cualquier máquina térmica también se pueden expresar como:
ɳter=1-QLQH
La segunda ley de la termodinámica: Enunciado deKelvin-Planck
Ninguna maquina térmica puede convertir todo el calor que recibe en trabajo útil. Esta limitación de eficiencia térmica de las maquina térmica forma la base para el enunciado de Kelvin-Planck de la segunda ley de la termodinámica, que se expresa como sigue:
Es imposible que un dispositivo que opera en un ciclo reciba calor de un solo depósito y produzca una cantidad neta de trabajo....