Segundo principio de la Termodinámica

1. 9. Segundo principio de la
Termodinámica
9.1. Necesidad de un segundo principio: Procesos
reversibles e irreversibles.
9.2. Ciclo de Carnot. Entropía.
9.3. Variaciones de entropía del gas ideal.
9.4. Variaciones de entropía en sistemas aislados

2. Cuando nos frotamos las manos vigorosamente, el
trabajo hecho contra la fricción incrementa la
energía interna y ocasiona una elevación de
temperatura. El aire de los alrededores constituye
un gran depósito a una temperatura más baja, y la
energía térmica se transfiere al aire sin que éste
cambie su temperatura de manera considerable.
Cuando dejamos de frotarnos, nuestras manos
vuelven a su estado original. De acuerdo con la
primera ley de la termodinámica, la energía
mecánica se ha transformado en calor con una
eficiencia de 100%.

3. Segunda ley de termodinámica: es imposible
construir una máquina que, funcionando de
manera continua, no produzca otro efecto que la
extracción de calor de una fuente y la realización
de una cantidad equivalente de trabajo.

5. La eficiencia de una máquina térmica se define
como la razón del trabajo útil realizado por una
máquina respecto al calor suministrado a ésta, y
generalmente se expresa como porcentaje

6. 9.1. Necesidad de un segundo principio:
Procesos reversibles e irreversibles.
En invierno, el calor pasa del interior de un hogar con
calefacción al aire frío del exterior. En verano, el calor
pasa del aire caliente del exterior al interior, que está más
fresco. La dirección del flujo espontáneo de calor es de lo
caliente a lo frío.
Se puede hacer que tenga la dirección contraria, pero
sólo si se efectúa trabajo sobre el sistema o si se agrega
energía de otra fuente, que es lo que sucede en las
bombas térmicas y en los acondicionadores de aire, que
hacen que el calor vaya de los lugares más fríos hacia los
más calientes.

8. 9.2. Ciclo de Carnot. Entropía
Todas las máquinas térmicas están sujetas a gran número de
dificultades prácticas. La fricción y la pérdida de calor por la
conducción y la radiación impiden que las máquinas reales
funcionen a su eficiencia máxima. Una máquina ideal, libre de
ese tipo de problemas, fue sugerida por Sadi Carnot en 1824.
La máquina de Carnot tiene la eficiencia máxima posible
tratándose de una máquina que absorbe calor de una fuente a
alta temperatura, realiza trabajo externo y deposita calor en
un recipiente a baja temperatura. La eficiencia de una cierta
máquina puede determinarse comparándola con la máquina
de Carnot al funcionar entre las mismas temperaturas.

9. La idea de bajar la “calidad” de la energía está implícita en el
concepto de entropía, una medida de la cantidad de desorden
en un sistema. Más entropía significa mayor degradación de
energía. Puesto que la energía tiende a degradarse y a
dispersarse con el tiempo, en un sistema la cantidad total de
entropía tiende a incrementarse con el paso del tiempo.
• Una medida del desorden de un sistema. Siempre que la
energía se transforma libremente de una a otra forma, la
dirección de la transformación es hacia un estado de mayor
desorden y, por lo tanto, a uno de mayor entropía.

10. Las leyes de la termodinámica con frecuencia se
enuncian de la siguiente manera: no puedes
ganar (porque no puedes obtener más energía
de un sistema que la que le suministres); no
puedes empatar (porque no puedes obtener
toda la energía útil que suministraste), y no
puedes salirte del juego (porque la entropía del
Universo siempre está aumentando).