Segunda Ley

Segunda Ley de la Termodinámica.
La segunda ley de la termodinámica establece cuales procesos de la naturaleza pueden ocurrir o no. De todos los procesos permitidos por la primera ley, solo ciertos tipos de conversión de energía pueden ocurrir.
El siguiente es un proceso compatible con la primera ley de la termodinámica, pero que se cumple en un orden gobernado por la segunda ley.

Ejemplo:Cuando dos objetos que están a diferente temperatura se ponen en contacto térmico entre sí, el calor fluye del objeto más cálido al más frío, pero nunca del más frío al más cálido.
Esto es un proceso irreversible, es decir un proceso que ocurre naturalmente en una sola dirección. Este proceso no podría ocurrir en el orden temporal opuesto. Si lo hicieran, violarían la segunda ley de latermodinámica. La naturaleza unidireccional de los procesos termodinámicos establece una dirección del tiempo.

La segunda ley de la termodinámica, que se puede enunciar de diferentes formas equivalentes, tiene muchas aplicaciones prácticas. Desde el punto de vista de la ingeniería, tal vez la más importante es en relación con la eficiencia limitada de las máquinas térmicas. Expresada en forma simple, lasegunda ley afirma que no es posible construir una máquina capaz de convertir por completo, de manera continua, la energía térmica en otras formas de energía.

Existen diferentes formas de enunciar la segunda ley de la termodinámica, pero en su versión más simple, establece que “el calor jamás fluye espontáneamente de un objeto frío a un objeto caliente”.

Forma de Kelvin – Planck de la segundaley de la termodinámica.
“es imposible construir una máquina térmica que, operando en un ciclo, no tenga otro efecto que absorber la energía térmica de una fuente y realizar la misma cantidad de trabajo”.

Enunciado de Clausius de la segunda ley de la termodinámica.
“es imposible construir una máquina cíclica, que no tenga otro efecto que transferir calor continuamente de un cuerpo haciaotro, que se encuentre a una temperatura más elevada”.


Ejemplo: a) Calcular la eficiencia de una máquina que usa 2000 J de calor durante la fase de combustión y pierde 1500 J por escape y por fricción. b) Si otra máquina tiene una eficiencia de 20% y pierde 3000 J de calor por fricción, calcular el trabajo que realiza.

Solución: a) la eficiencia de una máquina está dada por la ecuación 1e=W/Qc=(Q_C-Q_F)/Q_c =1-Q_F/Q_C ∴ e=1-Q_F/Q_C =1-1500/2000=0.25

b) usando la ecuación 1 en la forma e=W/Q_c =1-Q_F/Q_c se calcula Qc y después se despeja W.
Q_F/Q_C =1-e => Q_C=Q_F/(1-e)=3000J/(1-0.2)=3750J
e=W/Q_C =>W=eQ_C=0.2×3750J=750J
PROCESOS REVERSIBLES E IRREVERSIBLES.
Los procesos reales se producen en una dirección preferente. Es así como el calor fluye en forma espontánea deun cuerpo más cálido a otro más frío, pero el proceso inverso sólo se puede lograr con alguna influencia externa. Cuando un bloque desliza sobre una superficie, finalmente se detendrá. La energía mecánico del bloque se transforma en energía interna del bloque y de la superficie.
Estos procesos unidireccionales se llaman procesos irreversibles. En general, un proceso es irreversible si el sistemay sus alrededores no pueden regresar a su estado inicial.
Por el contrario, un proceso es reversible si su dirección puede invertirse en cualquier punto mediante un cambio infinitesimal en las condiciones externas.
Una transformación reversible se realiza mediante una sucesión de estados de equilibrio del sistema con su entorno y es posible devolver al sistema y su entorno al estado inicial porel mismo camino. Reversibilidad y equilibrio son, por tanto, equivalentes. Si un proceso real se produce en forma cuasiestática, es decir lo suficientemente lento como para que cada estado se desvié en forma infinitesimal del equilibrio, se puede considerar reversible. En los procesos reversibles, el sistema nunca se desplaza más que diferencialmente de su equilibrio interno o de su equilibrio...