Segunda Ley De Termodinamica

 SEGUNDA LEY DE LA TERMODINAMICA (1824 – 1850)

Esta ley regula la dirección en la que deben llevarse a cabo los procesos termodinámicos y, por lo tanto, la imposibilidad de que ocurran en el sentido contrario (por ejemplo, que una mancha de tinta dispersada en el agua pueda volver a concentrarse en un pequeño volumen).

Conservar la calidad de la energía es una cuestión importante para los ingenieros, y la segunda ley provee los medios necesarios para determinarla, así como el grado de degradación que sufre la energía durante un proceso. Aplicado a esto, mayor cantidad de energía a alta temperatura se puede convertir en trabajo, por lo tanto tiene una calidad mayor que esa misma cantidad de energía a una temperatura menor.

La segunda ley de la termodinámica se usa también para determinar los límites teóricos en el desempeño de sistemas de ingeniería de uso ordinario, como maquinas térmicas y refrigeradores, así como predecir el grado de terminación de las reacciones químicas.

En el desarrollo de esta ley, es muy importante tener un hipotético cuerpo que posea una capacidad de energía térmica relativamente grande ( ) que pueda suministrar o absorber cantidades finitas de calor sin experimentar ningún cambio de temperatura. Tal cuerpo se llama deposito se energía térmica, o solo deposito.

 ENUNCIADOS DE LA SEGUNDA LEY DE LA TERMODINAMICA

Para estos enunciados se deben tomar en cuenta tres observaciones. La primera de ellas es que son enunciados negativos, por supuesto, es imposible “probar” una proposición negativa. Sin embargo, se puede decir que la segunda ley de la termodinámica (como toda ley de la naturaleza) descansa sobre la evidencia experimental. Todos los experimentos relevantes que se han llevado a cabo directa o indirectamente, comprueban la segunda ley y no se ha realizado nunca un experimento que la contradiga. La base de la segunda ley es por lo tanto la evidencia experimental.

Otra de las observaciones es que los enunciados son equivalentes, es decir, equivalentes si la veracidad de cada uno sugiere que el otro sea verdadero, o si la violación de cada enunciado entraña la violación del otro. Se puede demostrar que una violación del enunciado de Clausius significaría una violación del enunciado de Kelvin-Plank. La otra observación es que frecuentemente, la segunda ley de la termodinámica se ha enunciado como la imposibilidad de construir una maquina de movimiento perpetuo del segundo tipo. Una maquina perpetua del primer tipo crearía trabajo a partir de la nada o crearía masa o energía, violando así la segunda ley. Una maquina de movimiento perpetuo del tercer tipo no tendría fricción y, por lo tanto, funcionaria indefinidamente, pero no produciría trabajo.

 ENUNCIADO DE KELVIN-PLANCK

Bajo condiciones ideales, una maquina termica debe rechazar algo de calor hacia un deposito que se encuentra a baja temperatura con la finalidad de complementar el ciclo. Es decir, ninguna maquina termica puede convertir todo el calor que recibe en trabajo util. Esta determinacion de la eficiencia termica de las maquinas termicas forma la base para el enunciado de Kelvin-Plank que se expresa de la siguiente manera:

“No es posible ningun proceso cuyo unico resultado sea la salida de un flujo de calor de una fuente de una unica temperatura y la produccion de un trabajo , igual en magnitud a .”

Enunciado que tiene relacion con el estudio sobre la maquina termica. En efecto, establece que es imposible construir una maquina termica que funcione en un ciclo, reciba una determinada cantidad de calor de un cuerpo con alta temperatura y realice una cantidad igual al trabajo. La unica opcion es que algo del calor se debe transferir desde el fluido de trabajo a menor temperatura hacia un cuerpo a baja temperatura. Asi el trabajo se puede llevar a cabo por la transferencia de calor solamente si hay dos niveles de temperatura y el calor se transfiere desde el cuerpo de alta temperatura a la maquina termica y tambien desde la maquina termica al cuerpo de baja temperatura.

 ENUNCIADO DE RUDOLF CLAUSIUS

Desarrolló la teoría de Carnot, definiendo en 1865 la progresiva degradación de la energía no utilizable en un sistema, como el principio de la entropía o segunda ley de la termodinámica.

Relacionado con bombas o refrigeradores de calor. En efecto, establece que es imposible construir un refrigerador que funcione sin suministrarle trabajo. Esto tambien indica que el coeficiente de rendimiento siempre es inferior al infinito.

El enunciado de Clausius se expresa de la siguiente manera:

“Es imposible construir un dispositivo que funcione en un ciclo y no produzca otro efecto en la transferencia de calor de un cuerpo mas frio a otro mas caliente.”

El enunciado de Clausius puede considerarse como consecuencia directa del principio de aumento de la entropia. Supongamos, que el unico resultado de un proceso sea una cantidad de calor de que sale del sistema a una temperatura y una cantidad de calor de igual magnitud que recibe un sistema a una temperatura superior . Tal proceso no contradira el primer principio, ya que el trabajo del proceso seria cero y el incremento de eergia interna de seria igual al decremento de energia interna de . Las variaciones de entropia del sistema serian:

Pero como < , se tiene que > y el resultado neto seria una disminucion de la entropia del universo.

 MAQUINAS TERMICAS Y REFRIGERADORES

Una maquina térmica se puede definir como un dispositivo que funciona en un ciclo termodinámico y que realiza cierta cantidad de trabajo neto positivo a través de la transferencia de calor desde un cuerpo a temperatura elevada y hacia un cuerpo a baja temperatura. Su funcionamiento consta de la siguiente manera, en el depósito caliente, la sustancia de trabajo aumenta su temperatura y su presión, después se introduce en la maquina térmica, donde se expande o se experimenta una combustión que realiza un trabajo mecánico, para luego enviarse a un depósito frío con la finalidad de disminuir su temperatura y reanudar el ciclo. Las maquinas termicas difieren bastante entre si, pero es posible caracterizarlas a todas:

• Reciben calor de una fuente a temperatura alta (energia solar, horno de petroleo, reactor

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