Fisicoquímica

1. SEGUNDA LEY DE LA
TERMODINÁMICA
De la Ossa Jonatan
Flórez Jael
Paternina Lisa

2. OTRA MÁQUINA IMPOSIBLE

3. La eficiencia para máquinas térmicas está dada por
Se consideran dos máquinas Er y E’, donde la primera es reversible y la
segunda puede ser reversible o no. Supongamos que hacemos
funcionar la máquina Er en sentido inverso y la acoplamos con la
máquina E’ en sentido directo.
Se tomarán también las siguientes consideraciones:
La máquina Er se construye de tal manera que la máquina compuesta
no produzca trabajo sobre el entorno, para esto –W + W’=0

4. Al reorganizar tenemos que
Otra suposición que se asume es que la eficiencia de E’ es mayor
que la de Er:
Todo lo anterior nos lleva a la conclusión que se analizará a partir
de los datos de la siguiente tabla

5. Este razonamiento se basa en la primera ley de la termodinámica y en la
suposición de que la eficiencia de E’ es mayor que la de Er, lo que hace esta
máquina imposible. Se concluye que la eficiencia de cualquier máquina E’ debe
ser menor o igual que la eficiencia de una maquina reversible Er. Siempre y
cuando ambas operen entre las mismas dos reservas de temperatura:

6. En el caso de dos máquinas reversibles se cumple que:
Para M1 con respecto a M2
Para M2 con respecto a M1
Por lo tanto. Para que se cumplan ambas ecuaciones:
Así, se concluye que todas las máquinas reversibles que operen entre las
mismas reservas de temperatura tienen la misma eficacia. Además, se
deduce que la eficacia depende únicamente de las reservas quienes
depende de la temperatura, lo que nos lleva a que a eficiencia es una
función de la temperatura:
por lo tanto

7. ESCALA TERMODINÁMICA DE TEMPERATURA
Para una máquina reversible, tanto la eficiencia
como la relación pueden calcularse directamente
a partir de las cantidades de trabajo y calos que
fluyen hacia el entorno, tenemos, entonces,
propiedades que sólo dependen de la
temperatura.
Gracias a lo anterior es posible establecer una
escala de temperatura independiente de las
propiedades de cualquier sustancia individual.

8. Operamos una máquina reversible de la siguiente manera: La reserva de
baja temperatura es t0 que también corresponde a la temperatura de
cualquier escala empírica. Manteniendo constantes t0 y Q0 se observará un
aumento en t y Q como se observa en la parte (b).
(a) (b)
El calor extraído de la reserva de alta temperatura aumenta con la
temperatura, será este entonces la propiedad termométrica.

9. Se define entonces la temperatura termodinámica θ por:
Donde a es una constante y Q es el calor extraído de la reserva. Si se
escribe lo anterior con la notación:
El trabajo producido en el ciclo es W= Q + Q0 y utilizado en la ecuación de
θ:
Queda establecido que como t0 y Q0son constantes Q es función sólo de
t y se considera como una función simple y razonable de la temperatura
absoluta.

10. Si la reserva de alta temperatura se enfría hasta que alcanza el valor de
θ0, :
El trabajo producido es directamente proporcional a
la diferencia de temperaturas en la escala
termodinámica
La ecuación anterior es conocida como fórmula de Carnot, relaciona la
eficiencia de una máquina reversible con las temperaturas de las reservas.
La relación entre la escala de temperatura termodinámica y las escalas de
temperaturas independientes fue definida por Lord Kelvin, quien igualó
numéricamente la escala Kelvin con la escala de gas ideal.

11. REFRIGERADOR DE CARNOT
Si una máquina térmica reversible opera para para producir una cantidad
positiva de trabajo en el entorno, entonces se extrae una cantidad positiva
de calor de la reserva caliente se envía a la reserva fría. Supongamos que
este es el ciclo directo de la página. Si se invierte la máquina, se invierten
los signos incluyendo el del trabajo lo que da a entender que se destruye. Si
se destruye trabajo, se transfiere calor de la reserva fría a la caliente, la
máquina es un .

12. El coeficiente de rendimiento, n, de un refrigerador está definido por:
Como tenemos que:

13. LA BOMBA DE CALOR
Supongamos que operamos la máquina de Carnot a la inversa, como un
refrigerador, pero en lugar de que el interior del refrigerador sirva como una
reserva fría, utilizamos el exterior como tal y el interior de la casa como la
reserva caliente. Entonces el refrigerador bombea calor, Q2 desde el exterior y
cede calor - Q1, a la casa. El coeficiente de rendimiento de la bomba calor nbc,
es la cantidad de calor bombeada hacia la reserva de alta temperatura, - Q1,
por unidad de trabajo destruido, -W.

14. EJEMPLO: Supongamos que la temperatura exterior es de 5° C y la
interior es 20° C. Entonces si –W= 1kJ, la cantidad de calor
bombeada hacia la casa es