segundo principio de la termodinamica

Unidad 5: Segundo Principio de la Termodinámica

TERMODINÁMICA Y MÁQUINAS TÉRMICAS
Segundo Principio de la Termodinámica
5.1 Introducción:
El primer principio de la Termodinámica permite afirmar que las diferentes formas de energía son
equivalentes, es decir una cierta cantidad de trabajo, por ejemplo, es equivalente a una cierta
cantidad de calor, pero no nos dice nada en cuanto a laposibilidad de convertir un cierto tipo de
energía en otro y a las limitaciones que pueden o no existir para dicha transformación. Es el
segundo principio el que indica las limitaciones que existen en las transformaciones energéticas.
5.2 Enunciados:
Para Carnot, máquina térmica es un equipo que funciona cíclicamente transformando calor en
trabajo.
5.2.1 Enunciado de Carnot:
Toda máquinatérmica, requiere para su funcionamiento al menos dos
fuentes de calor a diferentes temperaturas. La máquina funcionará tomando calor de la fuente a
mayor temperatura, que denominaremos fuente caliente, producirá trabajo y entregará calor a la
fuente de menor temperatura, que llamaremos fuente fría.
Esquemáticamente:
T1 > T2

Fuente caliente T1

M.T.: Máquina térmica

Q1

T1: Temperaturade fuente caliente
M.T.

W

T2: Temperatura de fuente fría
Q1: Calor cedido por la fuente caliente a la
máquina térmica.

Q2

W: Trabajo realizado por la máquina térmica

Fuente fría T2

Q2: Calor cedido a la fuente fría por la
máquina térmica
Figura 5.1
Para que se cumpla el primer principio de la Termodinámica: Q1 = W + Q2
W = Q1 - Q2 (5-1)
O sea que la máquina térmicatransforma una parte del calor recibido en trabajo y otra parte en
alimentar a la fuente fría. Por lo tanto una máquina térmica no puede transformar totalmente en
trabajo el calor recibido, debido a que pierde calor al cederlo a la fuente fría.
5.2.1.1 Rendimiento de la máquina térmica:
El rendimiento energético vale:

η=

Q
W Q1 − Q2
=
= 1− 2
Q1
Q1
Q1

(5-2)

5.2.2 Enunciado deKelvin:
Es imposible obtener trabajo mecánico, por medio de un agente material
inanimado de una porción de materia, enfriándola a una temperatura inferior al más frío de los
cuerpos que la rodean. Es el enunciado de Carnot expresado en forma negativa.
5.2.3 Enunciado de Planck:
No es posible construir una máquina a funcionamiento periódico que no haga
otra cosa que elevar un peso (producirtrabajo) y enfriar un recipiente (extraer calor de una sola
fuente).Como puede verse por comparación, no es más que una forma negativa del enunciado de
Carnot.
5.2.4 Enunciado de Clausius:
El calor no puede pasar, “por sí solo”, de un cuerpo a una determinada
temperatura a otro a temperatura superior
Este enunciado expresa que el pasaje de calor de un cuerpo a menor temperatura a otro a mayortemperatura, no puede ser nunca el único resultado energético de un proceso.
Termodinámica y Máquinas Térmicas
Ricardo ALONSO

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5.2.5 Equivalencia de los enunciados:
La equivalencia entre lo enunciados de Carnot, Kelvin y Planck es evidente y no requiere
demostración, ya que los dos últimos no son más que formas negativas del primero.En cambio no
es tan evidente con el de Clausius, dado que el de Carnot se refiere a la posibilidad de la máquina
térmica, mientras que el de Clausius a la de la transferencia de calor entre cuerpos.
Las figuras siguientes corresponden a la veracidad y falsedad de estos dos enunciados.
Carnot verdadero

Carnot falso

Fuente caliente T1
Q1

Fuente caliente T1

T1 > T2

Q1 – Q2

MTMT

W

W = Q1 – Q2
Q2
Figura 5.3

Fuente fría T2
Figura 5.2
Clausius verdadero

Clausius falso

Fuente caliente T1

Fuente caliente T1

Q1 = Q2 + L
MF

T1 > T2

Q2

W

Q2
Fuente fría T2

Fuente fría T2
Figura 5.4

Figura 5.5

5.3 Reversibilidad e irreversibilidad:
Una de las consecuencias del segundo principio es la de clasificar a las transformaciones...