Termodinamica

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| LA SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA, SUS CONSECUENCIAS FÍSICAS Y LA ENTROPÍA |
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|TERMODINAMICA |
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LA SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA, SUS CONSECUENCIAS
FÍSICAS Y LA ENTROPÍA.

5.1 Aspectos generales.
SEGUNDA LEY DE LA TERMODINAMICA.
Existen diferentes formas de enunciar la segunda ley de la termodinámica, pero en su versión más simple, establece que “elcalor jamás fluye espontáneamente de un objeto frío a un objeto caliente”.

5.2 Máquinas térmicas. Máquinas frigoríficas..
Una máquina térmica es un dispositivo que convierte energía térmica en otras formas útiles de energía, como la energía eléctrica y/o mecánica. De manera explícita, una máquina térmica es un dispositivo que hace que una sustancia de trabajo recorra un proceso cíclico duranteel cual 1) se absorbe calor de una fuente a alta temperatura, 2) la máquina realiza un trabajo y 3) libera calor a una fuente a temperatura más baja

Por ejemplo, en un motor de gasolina, 1) el combustible que se quema en la cámara de combustión es el depósito de alta temperatura, 2) se realiza trabajo mecánico sobre el pistón y 3) la energía de desecho sale por el tubo de escape.
O en unproceso característico para producir electricidad en una planta de potencia, el carbón o algún otro tipo de combustible se quema y el calor generado se usa para producir vapor de agua. El vapor se dirige hacia las aspas de una turbina, poniéndola a girar. Posteriormente, la energía asociada a dicha rotación se usa para mover un generador eléctrico.

Una máquina térmica transporta alguna sustancia detrabajo a través de un proceso cíclico, definido como aquel en el que la sustancia regresa a su estado inicial.
Ejemplo de un proceso cíclico
La operación de una máquina de vapor en la cual la sustancia de trabajo es el agua. El agua se lleva a través de un ciclo en el que primero se convierte a vapor en una caldera y después de expande contra un pistón. Después que el vapor se condensa con aguafría, se regresa a la caldera y el proceso se repite.

En la operación de cualquier máquina térmica, se extrae una cierta cantidad de calor de una fuente a alta temperatura, se hace algún trabajo mecánico y se libera otra cantidad de calor a una fuente a temperatura más baja.






5.3 Los enunciados de Clausius y de Kelvin-Planck.


Enunciado de Clausius de la segunda ley de latermodinámica.

Resulta deseable construir un refrigerador que pueda realizar su proceso con el mínimo de trabajo. Si se pudiera construir uno donde el proceso de refrigeración se realice sin ningún trabajo, se tendría un refrigerador perfecto. Esto es imposible, porque se violaría la segunda ley de la termodinámica, que es el enunciado de Clausius de la segunda ley (Rudolf Clausius, alemán, 1822-1888):
“es imposible construir una máquina cíclica, que no tenga otro efecto que transferir calor continuamente de un cuerpo hacia otro, que se encuentre a una temperatura más elevada”.

Es decir, el calor no puede fluir espontáneamente de un objeto frío a otro cálido. Este enunciado de la segunda ley establece la dirección del flujo de calor entre dos objetos a diferentes temperaturas. El...