2 da ley de la termodinamica

2. La segunda ley no se puede expresar en un solo concepto como ocurre con
la primera ley de la termodinámica:
1a. Ley: La energía del universo permanece constante. La energía que
pierde un sistema es exactamente igual a la energía que es transferida a
otro sistema o sistemas.
La energía no se destruye ni se crea solo se transforma.
2a. Ley:
1: Todos los sistemas tienden en forma natural a un estado en el cual su
energía sea mínima y su entropía sea máxima.
2: El calor fluye espontáneamente de un cuerpo de mayor temperatura a
otro de menor temperatura.
3: En los procesos de conversión de energía de una forma a otra forma
diferente, es posible convertir todo el trabajo en calor pero no todo el calor
en trabajo.
4: La entropía del universo está en continuo aumento.

3. La entropía se puede interpretar como el grado de caos o de desorden en un
sistema. Cuanto mayor es el grado de desorden o desarreglo del sistema mayor
es su entropía.
La desigualdad de Clausius establece lo siguiente:
Para los procesos irreversibles:
i).-Si la entropía del sistema aumenta, la entropía de los alrededores disminuye,
pero esta disminución es menor al aumento de entropía que tuvo el sistema.
ii).-Si la entropía del sistema disminuye, la entropía de los alrededores aumenta.
El incremento de entropía de los alrededores es mayor al decremento que
experimenta el sistema, de forma tal que el contenido total de entropía del
universo siempre aumenta.
En los procesos reversibles el incremento de entropía del universo es igual a
cero, ya que el incremento de entropía de un sistema es compensado
exactamente por el decremento del segundo sistema.
En términos de una ecuación, este principio queda de la siguiente forma:
dSuniv=dSsist+dSalred≥0 (Desigualdad de Clausius)
dSuniv>0 (Procesos Irreversibles)
dSuniv=0 (Procesos Reversibles)

4. Considere el siguiente proceso reversible:
SISTEMA
ALREDEDORES
UNIVERSO=SISTEMA+ALREDEDORES
∆S=+2.54 ue
∆S=-2.54 ue
∆Suniv=∆Ssist+∆Salred=+2.54+(-2.54)=0

5. Considere otro proceso reversible:
∆S=-8.96 ue
∆S=+8.96 ue
∆Suniv=∆Ssist+∆Salred=+8.96+(-8.96)=0

6. Considere ahora un proceso irreversible:
∆S=-6.89 ue
∆S=+8.96 ue
∆Suniv=∆Ssist+∆Salred= -6.89+8.96=+2.07 ue

7. Considere otro proceso irreversible:
∆S=+10.55 ue
∆S=-5.88 ue
∆Suniv=∆Ssist+∆Salred= -5.88+10.55=+4.67 ue

8. Esto nunca ocurrirá !!!
∆S=+1.35 ue
∆S=-7.88 ue
∆Suniv=∆Ssist+∆Salred= -7.88+1.35= -6.53 ue
El cambio de entropía del universo, nunca será negativo, siempre será positivo
en los procesos naturales (los procesos reales) y cero para los procesos
reversibles (procesos no reales)

9. La entropía es una función estado y su cambio para todos los procesos está
relacionado con la ecuación: dS=δQ/T
Para un sistema cerrado el proceso isotérmico tiene las siguientes relaciones:
δQ=δW+dU dU=0
δQ=δW δW=PdV=(nRT/V)dV
∫∫ =
2
1
2
1
V
V
S
S V
dV
nRdS
V
dV
nR
T
V/nRTdV
T
Q
dS ==
δ
=
1
2
V
V
lnnRS =∆
∫∫∫ =δ=
δ
=
Q
0
Q
0
S
S T
Q
Q
T
1
T
Q
dS
2
1
También para un proceso isotérmico como T es constante y puede salir de la
integral tenemos:
T
Q
V
V
lnnRS
1
2
==∆
Y en resumen, para un proceso isotérmico ∆S está dado por la ecuación:

10. Para el proceso isométrico V=Cte se tienen las siguientes relaciones:
δQ=δW+dU δW=0 δQ=dU=nCvdT
∫∫ =
2
1
2
1
T
T
v
S
S T
dT
nCdS
T
dTnC
T
Q
dS v
=
δ
=
1
2
v
T
T
lnnCS =∆
Para el proceso isobárico P=Cte se tienen las siguientes relaciones:
δQ=δW+dU δQ=dH=nCPdT
∫∫ =
2
1
2
1
T
T
P
S
S T
dT
nCdS
T
dTnC
T
Q
dS P
=
δ
=
1
2
P
T
T
lnnCS =∆

11. Para el proceso adiabático Q=0
δQ=δW+dU δQ=0 δW= -dU
0
T
0
T
Q
dS ==
δ
=
Al proceso adiabático también se le llama proceso isentrópico
∆S=0
En la siguiente diapositiva se muestran los gráficos de los diferentes
procesos en el diagrama TS

12. Q (+)
T
S
T
S
T
S
Q=0 Q=0
PROCESO ISOBÁRICO
PROCESO ADIABÁTICO
Q (-)
T
S

13. PROCESO ISOMÉTRICO
Q (+)
T
S
S
Q (-)
T
PROCESO ISOTÉRMICO
Q (+)
T
S
Q (-)
T
S

14. Todas las maquinas que operan consumiendo o produciendo energía, operan en
ciclos que se les llama ciclos termodinámicos. Un ciclo es cuando un sistema
lleva a cabo una serie de procesos y finalmente regresa a su estado inicial
PRIMAVERA
VERANO
OTOÑO
INVIERNO
CICLO DE LAS ESTACIONES

15. P
V
1 2
34
P
V
W=5000 cal
P
V
W=-2200 cal
P
V
Wciclo

16. En el ejemplo anterior
W1-2=5000 cal
W2-3=0
W3-4=-2200 cal
W4-1=0
Wciclo=5000-2200=2800 cal