Segunda ley de la termodinámica
La primera ley de la termodinámica es simplemente la ley de
la conservación de la energía para incluir el calor como una forma de
transferencia de energía.
La segunda ley de la termodinámica establece los procesos en
la naturaleza pueden ocurrir o no .los procesos permitidos por la primera ley.
La segunda ley de la termodinámica y sus restricciones
Esta ley impone restricciones da la primera ley tiene varios
enunciados siendo los mas importante los sgts:
Enunciado de clausius.
No es posible ningún proceso cuyo único resultado sea la
extracción de calor de un recipiente a una cierta temperatura y la absorción de
una cantidad igual de calor por un recipiente a temperatura mas elevadas
Enunciado de kelvin
No existe ningún dispositivo que, operando por ciclos,
absorba calor de una única fuente (energía absorbida) y lo convierta
íntegramente en trabajo.
Enunciado de kelvin-planck
Es imposible construir una maquina térmica que operando en
un ciclo, no produzca otro efecto que la absorción de energía desde un
deposito, y la realización de una cantidad igual de trabajo.
Otra interpretación importante
Es imposible construir una maquina térmica cíclica que
transforme calor en trabajo sin aumentar la energía termodinámica del ambiento.
Debido a esto podemos concluir que el rendimiento energético de una maquina
térmica cíclica que convierte calor en trabajo, el rendimiento energético de la
misma.
Es decir cuanto mayor
sea el rendimiento energético de una maquina térmica, menor será el impacto en
el ambiente y viceversa.
Refrigeradores y
bombas de calor
Los refrigeradores y
las bombas de calor son máquinas térmicas que operan a la inversa.
La máquina absorbe energía térmica Qf
del depósito frío y entrega energía térmica Qc al depósito
caliente.
Esto puede lograrse
sólo si se hace trabajo sobre el refrigerador.
El enunciado de
Clausius afirma lo siguiente:
Es imposible
construir una máquina que opere en un ciclo y que no produzca ningún otro
efecto más que transferir energía térmica continuamente de un objeto a otro de
mayor temperatura.
En términos simples,
la energía térmica no fluye espontáneamente de un objeto frío a uno caliente.
Diagrama esquemático
de un refrigerador.
Diagrama esquemático
de un refrigerador imposible.
Refrigerador
Es posible evaporarlo y licuarlo alternadamente,
haciéndolo circular a través de tubos en los que varíe la presión.
En la mayoría de los refrigeradores domésticos, el
refrigerante es uno de los compuestos conocidos como clorofluorocarbonos o
freones.
Los tubos del interior del refrigerador son de
grueso calibre, por lo que dentro de ellos la presión es baja y el líquido que
allí circula se evapora. Con ello se mantiene frió el tubo y se absorbe el
calor de los alimentos.
Un motor eléctrico succiona el gas frío de los
tubos, lo comprime para que se caliente y lo manda al tubo serpentín de la
parte trasera del refrigerador.
El aire que circunda al serpentín absorbe el calor
y hace que el gas vuelva a condensarse, todavía a muy alta presión
Después, un tubo de calibre muy angosto, llamado
capilar, devuelve el líquido de alta presión a los tubos ensanchados del
interior, el líquido se evapora de nuevo y el ciclo se repite.
Bomba de calor
Una bomba de calor es
un dispositivo mecánico que transporta energía térmica de una región a baja temperatura a una región a temperatura
mayor.
La figura es una
representación esquemática de una bomba de calor. La temperatura exterior es Tf
y la energía térmica absorbida por el fluido circulante es Qf.
La bomba de calor realiza un trabajo W sobre el fluido, y la energía
térmica transferida de la bomba de calor hacia el interior del edificio es Qc.
Coeficiente de realización
La eficacia de la
bomba de calor, en el modo de calentamiento, se describe en función de un
número conocido como el coeficiente de realización, CDR.
Éste se define como
la razón entre el calor transferido al depósito y el trabajo que se requiere
para transferir el calor:
CDR (bomba de calor)
Una máquina térmica en un ciclo de Carnot que opere a la
inversa constituye una bomba de calor; de hecho, es la bomba de calor con el
coeficiente de rendimiento más alto posible para las temperaturas entre las
cuales opera. El máximo coeficiente de realización es
CDRf
(bomba de calor)
El refrigerador
trabaja de un modo muy similar a una bomba de calor; enfría su interior
bombeando energía térmica desde los compartimientos de almacenamiento de los
alimentos hacia el exterior más caliente. Durante su operación, un refrigerador
elimina una cantidad de energía térmica Qf
del interior del refrigerador, y en el proceso (igual que la bomba de calor) su
motor realiza trabajo W. El coeficiente de realización de un
refrigerador o de una bomba de calor se define en términos de Qf:
CDR (refrigerador)
En este caso, el
coeficiente de realización más alto posible es también el de un refrigerador
cuya sustancia de trabajo se lleva por un ciclo de máquina térmica de Carnot a
la inversa.
CDRf
(refrigerador)
El motor de gasolina
El motor de gasolinas
puede describirse mediante el ciclo Otto, el cual se ilustra en la figura
Entropía
Otra función de
estado, relacionada con la segunda ley de la termodinámica, es la entropía.
Considere un proceso
infinitesimal en un sistema entre dos estados de equilibrio.
Sea dQr
es la cantidad de energía térmica que se transferiría si el sistema hubiera
seguido una trayectoria reversible, entonces el cambio en la entropía dS,
independientemente de la trayectoria real seguida, es igual a la cantidad de
energía térmica transferida a lo largo de la trayectoria reversible dividida
entre la temperatura absoluta del sistema:
Cuando la energía
térmica es absorbida por el sistema, dQr, es positiva y por lo
tanto la entropía crece. Cuando la energía térmica es liberada por el sistema, dQr,
es negativa y la entropía disminuye.
En la mecánica
estadística, el comportamiento de una sustancia se describe en función del
comportamiento estadístico de átomos y moléculas contenidos en la sustancia.
Uno de los principales resultados de este tratamiento es que:
Los sistemas aislados tienden al desorden, y la entropía es una medida de dicho
desorden.
Todos los procesos
físicos tienden a estados más probables para el sistema y sus alrededores. El
estado más probable siempre es el de mayor desorden. Debido a que la entropía
es una medida del desorden, una manera alternativa de decir lo anterior es:
La entropía del
universo aumenta en todos los procesos.
Este comentario ha sido eliminado por el autor.
ResponderEliminar¿Que que sucede cuando un refrigerador se pone en la ventana de una casa con su puerta abierta hacia el aire del frió exterior en el invierno¿Se comportara como una bomba de calor?Explique.
ResponderEliminarIntegrantes: Yosselin Zare Jauregui, Ronaldo Muñoz Florez y Michael Huamali Paucar.
En un movimiento armonico simple la fuerza que actua sobre el objeto que oscila es directamente proporcional a ?
ResponderEliminar¿Cuándo se produce la refracción de luz? ¿Cómo es la desviación de un rayo luminoso al pasar de un medio mas denso y a uno menos denso?
ResponderEliminar1.-.¿Qué características tiene una lente convergente y cual es una lente divergente?
ResponderEliminar2-.Explique como se obtiene gráficamente la imagen formada de un objeto en una lente convergente y divergente.
¿Qué tipo de fenómeno de la luz se aplica en el Periscopio? y ¿para qué sirve el periscopio?
ResponderEliminar¿Qué efecto óptico se produce en un arco iris?
Integrantes:
-NEYRA MENDOZA,ELVIS
-OROZCO ARREDONDO,JOSE
-ROMERO JUSTO,DEYBITH
Respecto de la asegunda ley de la termodinámica, ¿Explícame con palabras propias de que se trata el concepto de irreversibilidad?
ResponderEliminarRespecto del M.A.S, ¿Que viene hacer una pulsación?
Respecto del movimiento ondulatorio, ¿Que características tiene una onda unidimensional?
Respecto a la acústica, ¿El infrasonido tiene alguna utilidad?
Respecto de la óptica, ¿Tiene algo que ver la reflexión, con el hecho de que los rayos del sol no derritan los polos?
-Luis Sotomayor C16-1-C