El segundo

principio de la

termodinmica

Introduccin al segundo

principio

F.C.

sistema

F.F.

Q1

Q2

W

Segn el segundo principio

Q > W

Q1 calor entregado del F.C. al sistema

Q2 calor rechazado por el sistema al F.F.

W trabajo neto

W = Q1 - Q2

W Q1 - Q2 Q2 = --- = ------ = 1 - --- < 1 Q1 Q1 Q1

Segn el primer principio, en un

proceso cclico Q = W

Q calor entregado al sistema

W trabajo neto v

P

F.C.

sistema

F.F.

Q1

Q2

W

Maquina frigorfica:

Bomba de calor

Q2 Q2 = C.O.P. = --- = ------ W Q1 - Q2

Q1 Q1 B =C.O.P. = --- = ------ > 1 W Q1 - Q2

C.O.P. Coeficiente operacin

Eficiencia

Ciclos inversos

P

v

Clausius Es imposible construir una

mquina, que funcionando con

un ciclo, no produzca otro efecto,

que transferir calor desde un

cuerpo a otro de mayor

temperatura.

F.C.

T1

F.F.

T2

Q

T1 >T2

Kelvin Plank Es imposible con un motor

trmico, producir un trabajo neto,

en un ciclo completo,

intercambiando calor

solamente, con un cuerpo a una

temperatura fija.

T= CTE

sistema

Q1

Q2= 0

W

Enunciados del segundo principio

PROCESOS REVERSIBLES

UN PROCESO ES REVERSIBLE SI PUEDE LLEVARSE A

CABO UNA HIPOTTICA INVERSIN DEL PROCESO SIN

QUE VIOLE EL SEGUNDO PRINCIPIO DE LA

TERMODINMICA.

CONDICIONES:

1. PROCESO CUASIESTTICO.

2. SIN ROZAMIENTO.

3. LA TRANSMISIN DE CALOR SE DEBE EFECTUAR

ENTRE UNA DIFERENCIA INFINITESIMAL DE

TEMPERATURAS.

Proceso no cuasiestatico

Imposible reproducir los estados

del proceso directo, ya que no

estn definidos.

Inversin del proceso

T1 F.C.

T2 F.F.

Q

Transferencia de calor

T1 >T2

T = T1 -T2 >0

Violacin del

enunciado de

Clausius.

* Si T0:

proceso reversible

T1 F.C.

T2 F.F.

Q

T= CTE

sistema

Q

W

Rozamiento

W = Q

Violacin del

enunciado de

Kelvin Plank.

T= CTE

sistema

Q

W

Procesos irreversibles

P

v

A

B

C D

T2 c= 1 - --- T1 Q2 =1 - --- = 1 - -------- Q1 v B T1 ln --- v A

v C T2 ln --- v D

Rendimiento de Carnot

Un motor trmico lograr un rendimiento

mximo si funciona con un ciclo reversible

entre dos niveles de temperatura.

v B Q1 = QAB = WAB= mRT1 ln --- v A v D Q2 = QCD = WCD= mRT2 ln --- * (-1) v C

Adiabticos BC DA

g-1 T1 vB = T2 vC

g-1

g-1 T1 vA = T2 vD

g-1

v B ln --- = v A

v C ln --- v D

Isotrmicos AB CD

T 2 C.O.P. = ----- T 1 - T 2

T 1 (C.O.P.)c = ----- T 1 - T 2

Maquina frigorfica

Bomba de calor

Ciclo de Carnot Isotrmicos

Adiabticos

T1 F.C.

R

T2 F.F.

W I

W

Q2 1 - --- Q1

T2 1 - --- T1

I R

Corolario T1 F.C.

R1

T2 F.F.

W R2

W

R1 = R2

= f( T1 ,T2)

f fluido operante tipo de mquina

Teorema de Carnot

= f( T1 ,T2) T2 Q2 --- = --- T1 Q1

Para un motor

trmico reversible

W Q2 = --- = 1 - --- Q1 Q1

T1

F.C.

R W

T2

F.F.

Q1

Q2 Se miden Q1 Q2

Cero absoluto

Q2 = --- W

T 2 = ----- T 1 - T 2

(T 1 - T 2) Q2 W= --------- T 2

Maquina frigorfica reversible

T 20 W

Cero absoluto es inalcanzable

Escala termodinmica de temperatura absoluta