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Cap 12-2da lt

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Cap 12-2da lt

  1. 1. Cuaderno de Actividades: Física I 12) 2da Ley de la Termodinámica. Entropía 6Lic. Percy Víctor Cañote Fajardo
  2. 2. Cuaderno de Actividades: Física I7) 2da Ley de la Termodinámica. EntropíaLa 1ra Ley muestra la conservación de la energía, la equivalencia entre W y Qpara cambiar U, o sea, son indistinguibles, en ese sentido para un observadordentro del sistema. Sin embargo, el conocimiento de W y Q demanda MAS, porejemplo, la 2da Ley de la Termodinámica nos indicará que no será siempreposible convertir todo el Q en W, siendo esto un comportamiento natural denuestro universo. Definiremos la función de estado S, entropía, para describir la2da Ley de la Termodinámica.7,1) Máquinas Térmicas y la 2da Ley de la TermodinámicaUna máquina térmica, MT, es un dispositivo capaz de convertir energía térmica(calor) en otras formas de energía: Energía eléctrica o mecánica, por ejemplo.Podemos esquematizar una MT de la siguiente forma, Como Tc indica la figura, la Qc En un ciclo: ∆U ≡ O MT toma energía → W ≡ Qneto≡ Qn del foco W → W ≡ Qc - Qf caliente, MT Qc, en un ciclo realiza Qf trabajo W, Tfentregando energía al foco frío Qf, esto es, recibe por ciclo la cantidad deenergía Qn ≡ Qc – Qf realizando W.La eficiencia, ε, de la MT se define de la siguiente forma, W Qc − Q f Qf ε≡ ≡ ≡ 1− Qc Qc Qc 7Lic. Percy Víctor Cañote Fajardo
  3. 3. Cuaderno de Actividades: Física IDe la 2da ley se desprende que, debido a que Qf < Qc, entonces, ε < 1, esto es,no todo el Q se puede transformar en W. Esta es la llamada forma de Kelvin– Planck para la 2da Ley.¿? Determine la eficiencia de diversas MT, motor de auto, diesel, OTTO,STIRLING, etc.¿? Que variedad de MT existen.¿? Cuál es el enunciado de R. Clausius de la 2da Ley.7,2) Procesos Reversibles e IrreversiblesUn proceso es reversible cuando un sistema termodinámico y los exterioresretornan a sus condiciones iniciales al final del proceso. Un proceso esirreversible, esto es, una vez terminado el proceso el sistema o los exterioresno regirán sus condiciones iniciales.En la naturaleza todos los procesos son irreversibles.¿? Porqué la naturaleza permite procesos irreversibles.¿? Conoce algunos procesos aproximadamente reversibles.¿? En las MT los procesos son reversibles o irreversibles.7,3) La máquina de CarnotEs una MT ideal basada en un ciclo reversible ideal de tal forma que sueficiencia delimita la eficiencia de una MT real, trabajando entre los mismosfocos de temperatura,ε c : ε de la MT de Carnot  ε < εcε : ε de la MT real El ciclo reversible ideal que usa la MT de Carnot se denomina ciclo de Carnoty esta constituido por dos procesos adiabáticos y 2 isotérmicos, tal como larepresenta el diagrama p-V siguiente, 8Lic. Percy Víctor Cañote Fajardo
  4. 4. Cuaderno de Actividades: Física I p A Qc B D Tc C Qf Tf VLa eficiencia de la máquina de Carnot es, Tf εc ≡ 1− Tc¿? Como se puede mostrar que la MT ideal de Carnot corresponde el casoideal de máquina térmica.¿? Porqué los calores son proporcionales a las temperaturas absolutasde los focos.¿? Existen otras MT con eficiencia comparable a la MT ideal de Carnot.¿? Será posible usar la MT ideal de Carnot para definir escalas absolutasde Ts.¿? En que consiste la 3ra Ley de la Termodinámica.7,4) Entropía, SEs la función de estado termodinámico que describe el grado de desorden delsistema.Debido a que es una función de estado los cambios de entropía, ∆S ≡ Sf – Si,sólo dependerán de los estados inicial- final.La definición de Clausius del cambio infinitesimal de la entropía, cuando unsistema termodinámico desarrolla un proceso infinitesimal, siguiendo unatrayectoria reversible a la temperatura T, transfiriéndole una cantidad deenergía dQr es, 9Lic. Percy Víctor Cañote Fajardo
  5. 5. Cuaderno de Actividades: Física I dQr dS ≡ TEsta definición conduce a dos resultados interesantes: primero, en los sistemasaislados la entropía aumenta, esto es, el desorden del sistema aumenta(mecánica estadística) y, como veremos, la entropía del universo aumenta entodos los procesos.Segundo, ahora, un cambio macroscópico de la entropía, finito, resulta, f f dQr ∆S ≡ ∫ ds ≡ ∫ i i TEsto conduce a que ∆S ≡ O, en procesos cíclicos, f ≡i dQr ∆S ≡ ∫ ≡0 i TCaso especial: Ciclo de Carnot ∆S ≡ 0.¿? Los procesos reversibles no cambian la entropía del universo.¿? Los procesos irreversibles sí cambian la entropía del universo.¿? A que se denomina muerte térmica del universo. 10Lic. Percy Víctor Cañote Fajardo

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