clase 6 - termo1
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TERMODINÁMICA
TEMPERATURASEGUNDA LEY DE LA TERMODINAMICA
12/04/2023 Serapio Quillos Ruiz - Ingeniero Mecánico CIP 429291
12/04/2023 Serapio Quillos Ruiz - Ingeniero Mecánico CIP 429292
La energía calorífica no fluye en forma
espontánea de un sistema frío a otro caliente.
Sólo cuando se tienen dos sistemas con
diferentes temperaturas se puede utilizar la
energía calorífica para producir trabajo.
SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA
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El calor fluye espontáneamente del sistema
caliente al frío hasta que se igualan las
temperaturas. Durante este proceso, parte del
calor se transforma en energía mecánica a fin
de efectuar un trabajo, pero no todo el calor
puede ser convertido en trabajo mecánico. La
primera Ley de la termodinámica, estudia la
transformación de la energía química en
calorífica y esta en trabajo, sin imponer
ninguna restricción en estos cambios.
SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA
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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.
Sin embargo, la Segunda Ley de la
termodinámica señala restricciones al decir
que existe un límite en la cantidad de trabajo,
el cual es posible obtener a partir de un
sistema caliente.
SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA
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Existen dos enunciados que definen la
Segunda Ley de la termodinámica, uno del
físico alemán Rudolph J. Celsius: el calor no
puede por sí mismo, sin la intervención de un
agente externo, pasar de un cuerpo frío a un
cuerpo caliente. Y otro del físico inglés
William Thomson Kelvin: es imposible
construir una máquina térmica que transforme
en trabajo todo el calor que se le suministra.
SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA
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Siempre que se produce una transferencia de
energía , esta debe conservarse, pero su nivel
no puede permanecer igual, y parte de ella
tiene que reducirse en forma permanente a su
nivel inferior.
SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA
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Dos cuerpos de idéntico material y masa, con
distintas temperaturas, una a 1000 °K y la
otra 500 °K, su U es:
SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA
K7502
TTT
mm
T c mT c mT c )m(m
UUU
ley primera lapor ..PeroT c )m(mU
T c mU
T c mU
213
21
2211321
213
3213
222
111
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SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA
Depósito frío a Tf
Motor
Deposito caliente a Tc
Qc
Qf
W
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SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA
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SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA
Wt
QbQa
Wb
Recalentador
Caldera
Turbina
Bomba
Condensador
T2
T1
3 Po h3
1 Pc h1
4 Pc h4
2 Po h2
12/04/2023 Serapio Quillos Ruiz - Ingeniero Mecánico CIP 4292911
SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA
T
S
1 2
e T4T1 a’
a
b c
d
T1 = Tc
T0, T3
T0`
Te
T2
12/04/2023 Serapio Quillos Ruiz - Ingeniero Mecánico CIP 4292912
SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA
c
f
c
fc
c Q
Q
Q
Q
We
1
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SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA
P
V
1
3
2
4
T = C
Compresión Adiabática reversible
Expansión Adiabática reversible
T = C
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PRESION MEDIA EFECTIVA
P
V
1
3
2
4
W neto
W neto
V1 V3
Pm
Volumen desplazamiento
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La entropía es una magnitud física utilizada
por la termodinámica para medir el grado de
desorden de la materia. En un sistema
determinado, la entropía o estado de
desorden dependerá de su energía calorífica y
de cómo se encuentren distribuidas sus
molécula.
ENTROPIA
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En el estado sólido las moléculas están muy
próximas unas de otras y se encuentran en
una distribución bastante ordenada, su
entropía es menor al del estado líquido, y en
éste menor que el estado gaseoso. Cuando un
líquido es calentado las moléculas aumentan
su movimiento y con ello su desorden, por
tanto, al evaporarse se incrementa su
entropía. En general, la naturaleza tiende a
aumentar su entropía, es decir, su desorden
molecular.
ENTROPIA
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Como resultado de sus investigaciones, el
físico y químico alemán Walther Nernst
estableció otro principio fundamental de la
termodinámica llamado Tercera Ley de la
Termodinámica, dicho principio se refiere a la
entropía de las sustancias cristalinas y puras
en el cero absoluto de temperatura (0°K), y se
enuncia de la siguiente manera: la entropía de
un sólido cristalino puro y perfecto puede
tomarse como cero a la temperatura del cero
absoluto.
ENTROPIA
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Por lo tanto, un cristal perfectamente
ordenado a 0°K tendrá un valor de entropía
igual a cero. Cualquier incremento de la
temperatura, por encima de 0°K, causa una
alteración en el arreglo de las moléculas
componentes de la red cristalina, aumentando
así el valor de la entropía.
ENTROPIA
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Las máquinas térmicas son aparatos que se utilizan para transformar la energía calorífica en trabajo mecánico. Existen tres clases:
Máquinas de vapor.
Motores de combustión interna.
Motores de reacción.
MAQUINA TERMICA
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Un proceso reversible, es uno que puede efectuarse de manera tal que, a su conclusión, tanto el sistema como sus alrededores, hayan regresado a sus condiciones iniciales exactas. Un proceso que no cumple con esta condición es irreversible.
TODOS LOS PROCESOS EN LA NATURALEZA SON IRREVERSIBLES
PROCESO REVERSIBLE
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Un
PROCESO REVERSIBLE
Gas a Ti
MembranaVacío
Muro aislado Arena
Depósito caliente
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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.
REFRIGERADORAS Y BOMBAS DE CALOR
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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.
REFRIGERADORAS Y BOMBAS DE CALOR
Diagrama esquemático de un refrigerador.
Diagrama esquemático de un refrigerador imposible.
Depósito frío a Tf
Motor
Deposito caliente a Tc
Qc
Qf
W
Depósito frío a Tf
Motor
Deposito caliente a Tc
Qc
Qf