Segunda ley de la termodinámica.-
Tendencias en el flujo de calor. Procesos reversibles e irreversibles. Formulación de la segunda ley.
Sus manifestaciones en la vida cotidiana y en la biología, expresa, en una forma concisa, que "La cantidad de entropía de cualquier sistema aislado termodinámicamente tiende a incrementarse con el tiempo, hasta alcanzar un valor máximo".
Sus manifestaciones en la vida cotidiana y en la biología, expresa, en una forma concisa, que "La cantidad de entropía de cualquier sistema aislado termodinámicamente tiende a incrementarse con el tiempo, hasta alcanzar un valor máximo".
Dirección en que fluye el calor
De la segunda ley se deriva que, en un proceso natural, el calor se transfiere siempre de un cuerpo con mayor temperatura a uno con menor temperatura y nunca al contrario. Si quisiéramos realizar lo contrario sería mediante un proceso artificial, con la intervención de un trabajo.
FORMULAS
Qc= Energia que se asorbe (el subíndice C se refiere a caliente)
Qf= Energia que se sede (elsubíndice F se refiere a frío)
ΔU = "Cero" Debido a que la sustancia de trabajo se lleva a través de un ciclo, su energía interna inicial y final es la misma, por lo que la variación de energía interna es cero.
ΔU=Q+W
Qneto = Qc - Qf
Q=m.c.ΔT, donde m=masa;c=capacidad calofica;T=cambio de temperatura. Dependiendo el estado de la materia a evaluar puede ser la capacidad de evaporacion o de fusion.
Por lo tanto el trabajo es:
W =/ Qc/ -/ Qf/
Donde Qc y Qf se toman como cantidades positivas. Si la sustancia de trabajo es un gas, el trabajo neto realizado en un proceso cíclico es igual al área encerrada por la curva que representa a tal proceso.
Eficiencia térmica o Rendimiento:
La eficiencia térmica, e (o simplemente eficiencia), de una máquina térmica se define como la razón entre el trabajo neto realizado y el calor absorbido durante un ciclo:
e=W/Qc ; e=Qc-Qf/Qc ; e=1-Qf/Qc
Se puede pensar en la eficiencia como la razón de lo que se obtiene (trabajo mecánico) a lo que se paga por (energía). Este resultado muestra que una máquina térmica tiene una eficiencia de 100% (e = 1) sólo si Qf = 0, es decir, si no se libera calor a la fuente fría. En otras palabras, una máquina térmica con una eficiencia perfecta deberá convertir toda la energía calórica absorbida Qc en trabajo mecánico.
Coeficiente de Operacion:
cop=Q(neto)/W(ciclo)
Eficiencia Maxima :
eficiencia maxima=Tf/Tc-Tf ; eficiencia maxima=Tc/Tc-Tf
Donde si "COP es menor que "Eficiencia Maxima" el Proceso es Irreversible
Potencia:
P=W/Δt expresada en J/s= Watts
Qc= Energia que se asorbe (el subíndice C se refiere a caliente)
Qf= Energia que se sede (elsubíndice F se refiere a frío)
ΔU = "Cero" Debido a que la sustancia de trabajo se lleva a través de un ciclo, su energía interna inicial y final es la misma, por lo que la variación de energía interna es cero.
ΔU=Q+W
Qneto = Qc - Qf
Q=m.c.ΔT, donde m=masa;c=capacidad calofica;T=cambio de temperatura. Dependiendo el estado de la materia a evaluar puede ser la capacidad de evaporacion o de fusion.
Por lo tanto el trabajo es:
W =/ Qc/ -/ Qf/
Donde Qc y Qf se toman como cantidades positivas. Si la sustancia de trabajo es un gas, el trabajo neto realizado en un proceso cíclico es igual al área encerrada por la curva que representa a tal proceso.
Eficiencia térmica o Rendimiento:
La eficiencia térmica, e (o simplemente eficiencia), de una máquina térmica se define como la razón entre el trabajo neto realizado y el calor absorbido durante un ciclo:
e=W/Qc ; e=Qc-Qf/Qc ; e=1-Qf/Qc
Se puede pensar en la eficiencia como la razón de lo que se obtiene (trabajo mecánico) a lo que se paga por (energía). Este resultado muestra que una máquina térmica tiene una eficiencia de 100% (e = 1) sólo si Qf = 0, es decir, si no se libera calor a la fuente fría. En otras palabras, una máquina térmica con una eficiencia perfecta deberá convertir toda la energía calórica absorbida Qc en trabajo mecánico.
Coeficiente de Operacion:
cop=Q(neto)/W(ciclo)
Eficiencia Maxima :
eficiencia maxima=Tf/Tc-Tf ; eficiencia maxima=Tc/Tc-Tf
Donde si "COP es menor que "Eficiencia Maxima" el Proceso es Irreversible
Potencia:
P=W/Δt expresada en J/s= Watts
Sus procesos reversibles e irreversibles
Los procesos reales se producen en una dirección preferente. Es así como el calor fluye en forma espontánea de un cuerpo más cálido a otro más frío, pero el proceso inverso sólo se puede lograr con alguna influencia externa. Cuando un bloque desliza sobre una superficie, finalmente se detendrá. La energía mecánica del bloque se transforma en energía interna del bloque y de la superficie.
Estos procesos unidireccionales se llaman procesos irreversibles. En general, un proceso es irreversible si el sistema y sus alrededores no pueden regresar a su estado inicial.
Por el contrario, un proceso es reversible si su dirección puede invertirse en cualquier punto mediante un cambio infinitesimal en las condiciones externas. Una transformación reversible se realiza mediante una sucesión de estados de equilibrio del sistema con su entorno y es posible devolver al sistema y su entorno al estado inicial por el mismo camino. Reversibilidad y equilibrio son, por tanto, equivalentes. Si un proceso real se produce en forma cuasiestática,
es decir lo suficientemente lento como para que cada estado se desvié en forma infinitesimal del equilibrio, se puede considerar reversible. En los procesos reversibles, el sistema nunca se desplaza más que diferencialmente de su equilibrio interno o de su equilibrio con su entorno. Si una transformación no cumple estas condiciones es irreversible.
En la realidad, las transformaciones reversibles no existen, ya que no es posible eliminar por completo efectos disipativos, como la fricción, que produzcan calor o efectos que tiendan a perturbar el equilibrio, como la conducción de calor por diferencias de temperatura. Por lo tanto no debe sorprender que los procesos en la naturaleza sean irreversibles. El concepto de proceso reversible es de especial importancia para establecer el límite teórico de la eficiencia de las máquinas térmicas.
Estos procesos unidireccionales se llaman procesos irreversibles. En general, un proceso es irreversible si el sistema y sus alrededores no pueden regresar a su estado inicial.
Por el contrario, un proceso es reversible si su dirección puede invertirse en cualquier punto mediante un cambio infinitesimal en las condiciones externas. Una transformación reversible se realiza mediante una sucesión de estados de equilibrio del sistema con su entorno y es posible devolver al sistema y su entorno al estado inicial por el mismo camino. Reversibilidad y equilibrio son, por tanto, equivalentes. Si un proceso real se produce en forma cuasiestática,
es decir lo suficientemente lento como para que cada estado se desvié en forma infinitesimal del equilibrio, se puede considerar reversible. En los procesos reversibles, el sistema nunca se desplaza más que diferencialmente de su equilibrio interno o de su equilibrio con su entorno. Si una transformación no cumple estas condiciones es irreversible.
En la realidad, las transformaciones reversibles no existen, ya que no es posible eliminar por completo efectos disipativos, como la fricción, que produzcan calor o efectos que tiendan a perturbar el equilibrio, como la conducción de calor por diferencias de temperatura. Por lo tanto no debe sorprender que los procesos en la naturaleza sean irreversibles. El concepto de proceso reversible es de especial importancia para establecer el límite teórico de la eficiencia de las máquinas térmicas.