Trabajo de investigación: Segunda ley de la termodinámica y sus consecuencias

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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTONOMA DE MEXICO

FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES CUAUTITLAN

Termodinámica

Trabajo de investigación: Segunda ley de la termodinámica y sus consecuencias

               Nombre de la Profesora:  

Nombre del alumno: Leonardo Daniel Arriaga Uribe

N° de cuenta: 308165027

Grupo: 2252    Salón: A-902

Horario: lM 15:30:00 a 17:30.

Semestre : 2012-II

Fecha de entrega: 28/05/2012

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Introducción

Las primeras máquinas térmicas construidas, fueron dispositivos muy eficientes. Solo una pequeña fracción del calor absorbido de la fuente de la alta temperatura se podía convertir en trabajo útil.  Entonces no sería necesario contar con una fuente de calor una temperatura más alta que el medio ambiente quemando combustibles.

                    La máquina térmica sólo podría convertir energía calorífica completamente en energía mecánica, conservándose la energía total del proceso.

          La segunda ley de la termodinámica, que es una generalización de la experiencia, es una exposición cuyos artificios de aplicación no existen. Se tienen muchos enunciados de la segunda ley, cada uno de los cuales hace destacar un aspecto de ella, pero se puede demostrar que son equivalentes entre sí. El objetivo de este trabajo es comprobar estas equivalencias y hablar de otros conceptos importantes y muy trascendentales para la termodinámica tales  como la entropía, eficiencia, etc. Clausiaus por ejemplo dice “que para transmitir calor continuamente de un objeto frío a un objeto caliente, es necesario proporcionar trabajo de un agente exterior, y Kelvin (con Planck) enuncio la segunda ley con palabras equivalentes a las siguientes: es completamente imposible realizar una transformación cuyo único resultado final sea el de cambiar en trabajo el calor extraído de una fuente que se encuentre a la misma temperatura. Este enunciado elimina nuestras ambiciones de la máquina térmica, ya que implica que no podemos producir trabajo mecánico sacando calor de un solo depósito, sin devolver ninguna cantidad de calor a un depósito que esté a una temperatura más baja. 

Pero conectando nuestro refrigerador "perfecto" al sistema, este calor se regresaría al cuerpo caliente, sin gasto de trabajo, quedando así utilizable de nuevo para su uso en una máquina térmica.

              La segunda ley nos dice que muchos procesos son irreversibles. Es por esto que en este trabajo se desarrollan tales temas,Por ejemplo, el enunciado de Clausius específicamente elimina una inversión simple del proceso de transmisión de calor de un cuerpo caliente, a un cuerpo frío. Algunos procesos, no sólo no pueden regresarse por sí mismos, sino que tampoco ninguna combinación de procesos pueden anular el efecto de un proceso irreversible, sin provocar otro cambio correspondiente en otra parte.  

Objetivos

• Enunciar la segunda ley de la termodinámica y sus consecuencias
• Definir maquina térmica y maquina frigorífica.
• Establecer algunos procesos que pueden ocurrir consistentes con la segunda ley de la termodinamica.
• Conocer el proceso de una maquina térmica mediante una representación esquemática y el trabajo hecho por la misma  en un diagrama presión-volumen.
• Conocer la eficiencia de una maquina térmica.
• Conocer la Equivalencia entre los enunciado de Clausius y de Kelvin-Planck
• Definir proceso reversible e irreversible y representar este efecto en una máquina térmica.
• Conocer las Variaciones de entropía en procesos irreversibles
• Conocer la entropía, su significado y su efecto en el universo.
• Definir el diagrama de Molliere.

Una máquina térmica

Es un conjunto de elementos mecánicos que permite intercambiar energía, generalmente a través de un eje, mediante la variación de energía de un fluido que varía su densidad significativamente al atravesar la máquina. Se trata de una máquina de fluido en la que varía el volumen específico del fluido en tal magnitud que los efectos mecánicos y los efectos térmicos son interdependientes.

Una máquina frigorífica

Es un tipo de máquina térmica generadora que transforma algún tipo de energía, habitualmente mecánica, en energía térmica para obtener y mantener en un recinto una temperatura menor que la temperatura exterior. La energía mecánica necesaria puede ser obtenida previamente a partir de otro tipo de energía, como la energía eléctrica mediante un motor eléctrico.

Máquinas térmicas y la segunda ley de la termodinámica

La segunda ley de la termodinámica establece cuáles procesos pueden ocurrir y cuáles no en la naturaleza. Los siguientes son ejemplos de procesos que son consistentes con la primera ley de la termodinámica pero que proceden de un orden gobernado por la segunda ley:

• Cuando dos objetos a diferente temperatura se ponen en contacto térmico entre sí, la energía térmica siempre fluye del objeto más caliente al más frío, nunca del más frío al más caliente.
• Una bola de hule que se deja caer al suelo rebota varias veces y finalmente queda en reposo, pero una bola que se encuentra en el suelo nunca empieza a botar por sí sola.
• Debido a los choques con las moléculas de aire y la fricción, un péndulo oscilante finalmente se detiene en el punto de suspensión. La energía mecánica se convierte en energía térmica; la transformación inversa de energía nunca ocurre.

Representación esquemática de una máquina térmica.

La máquina absorbe energía térmica Qc de un depósito caliente, libera la energía térmica Qf al depósito frío y efectúa un trabajo W.

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