El documento trata sobre la termodinámica y la segunda ley de la termodinámica. Explica que las máquinas térmicas no pueden ser 100% eficientes y siempre habrá una pérdida de calor. También define la eficiencia de una máquina térmica como el trabajo útil producido dividido por el calor absorbido, y provee ejemplos para ilustrar estos conceptos.

1. FISICA II SEMANA 7

2. TERMODINÁMICA: SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA

3. CONTENIDO MAQUINAS TÉRMICAS SEGUNDA LEY DE LA TERMODINAMICA MAQUINAS TÉRMICAS EFICIENCIA DE UNA MAQUINA

4. Absorbe calor Q hot Realiza trabajo W out Liberación de calor Q cold MÁQUINAS TÉRMICAS Una máquina térmica es cualquier dispositivo que pasa por un proceso cíclico: Dep. frío T C Máquina Dep. Caliente T H Q hot W out Q cold

5. LA SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA No sólo no puede ganar (1a ley); ¡ni siquiera puede empatar (2a ley)! Es imposible construir una máquina que, al operar en un ciclo, no produzca efectos distintos a la extracción de calor de un depósito y la realización de una cantidad equivalente de trabajo . W out Dep. frío T C Máquina Dep. caliente T H Q hot Q cold

6. LA SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA Dep. frío T C Máquina Dep. caliente T H 400 J 300 J 100 J Máquina posible. Máquina IMPOSIBLE. Dep. frío T C Máquina Dep. caliente T H 400 J 400 J

7. EFICIENCIA DE UNA MÁQUINA La eficiencia de una máquina térmica es la razón del trabajo neto realizado W a la entrada de calor Q H . Dep. frío T C Máquina Dep. caliente T H Q H W Q C e = 1 - Q C Q H e = = W Q H Q H - Q C Q H

8. EJEMPLO DE EFICIENCIA Una máquina absorbe 800 J y desecha 600 J cada ciclo. ¿Cuál es la eficiencia? Pregunta: ¿Cuántos joules de trabajo se realizan? Dep. frío T C Máquina Dep. caliente T H 800 J W 600 J e = 1 - 600 J 800 J e = 1 - Q C Q H e = 25%

9. EFICIENCIA DE UNA MÁQUINA IDEAL (máquina de Carnot) Para una máquina perfecta, las cantidades Q de calor ganado y perdido son proporcionales a las temperaturas absolutas T. e = 1 - T C T H e = T H - T C T H Dep. frío T C Máquina Dep. caliente T H Q H W Q C

10. Ejemplo 3: Una máquina de vapor absorbe 600 J de calor a 500 K y la temperatura de escape es 300 K. Si la eficiencia real sólo es la mitad de la eficiencia ideal, ¿cuánto trabajo se realiza durante cada ciclo? e = 40% e real = 0.5e i = 20% W = eQ H = 0.20 (600 J) e = 1 - T C T H e = 1 - 300 K 500 K e = W Q H Trabajo = 120 J

11. REFRIGERADORES Un refrigerador es una máquina que opera a la inversa: realiza trabajo sobre gas que extrae calor del depósito frío y deposita calor en el depósito caliente. W in + Q frío = Q caliente W IN = Q caliente - Q frío Dep. frío T C Máquina Dep. caliente T H Q hot Q cold W in

12. LA SEGUNDA LEY PARA REFRIGERADORES Es imposible construir un refrigerador que absorba calor de un depósito frío y deposite igual calor a un depósito caliente con  W = 0. Si fuese posible, ¡se podría establecer movimiento perpetuo! Dep. frío T C Máquina Dep. caliente T H Q hot Q cold

13. COEFICIENTE DE RENDIMIENTO (COP) El COP (K) de una máquina térmica es la razón del CALOR Q c extraído al TRABAJO neto realizado W. Para un refrigerador IDEAL: Dep. frío T C Máquina Dep. caliente T H Q H W Q C K = T H T H - T C Q C W K = = Q H Q H - Q C

14. EJEMPLO DE COP Un refrigerador de Carnot opera entre 500 K y 400 K. Extrae 800 J de un depósito frío cada ciclo. ¿Cuáles son COP, W y Q H ? Dep. frío T C Máquina Dep. caliente T H 800 J W Q H 500 K 400 K K = 400 K 500 K - 400 K T C T H - T C = COP (K) = 4.0

15. EJEMPLO DE COP (Cont.) A continuación se encontrará Q H al suponer el mismo K para un refrigerador real (Carnot). Dep. frío T C Máquina Dep. caliente T H 800 J W Q H 500 K 400 K K = Q C Q H - Q C Q H = 1000 J 800 J Q H - 800 J = 4.0

16. GRACIAS