Este documento presenta información sobre termodinámica y máquinas térmicas. Explica que una máquina térmica es cualquier dispositivo que pasa por un proceso cíclico absorbiendo calor, realizando trabajo y liberando calor. También describe la segunda ley de la termodinámica, que establece que es imposible construir una máquina que produzca solo trabajo sin liberar algún calor. Además, introduce conceptos como la eficiencia de una máquina y el coeficiente de rendimiento de un refrigerador.

1. CICLO 2013-I Módulo:I
Unidad: 4 Semana:7
FISICA II
Lic. Fis. Carlos Levano Huamaccto

2. TERMODINÁMICA: SEGUNDA LEY DE LA
TERMODINÁMICA

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

4. MÁQUINAS TÉRMICAS
Una máquina térmica es
Dep. Caliente TH
cualquier dispositivo que
Qhot pasa por un proceso cíclico:
Wout
Máquina • Absorbe calor Qhot
Qcold • Realiza trabajo Wout
Dep. frío TC • Liberación de calor Qcold

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

6. LA SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA
Dep. caliente TH Dep. caliente TH
400 J 100 J 400 J
400 J
Máquin Máquin
a a
300 J
Dep. frío TC Dep. frío TC
• Máquina posible. • Máquina
IMPOSIBLE.

7. EFICIENCIA DE UNA MÁQUINA
La eficiencia de una máquina
térmica es la razón del trabajo
Dep. caliente TH
neto realizado W a la entrada
QH W de calor QH.
Máquina W QH- QC
e= =
QC QH QH
Dep. frío TC
QC
e=1-
QH

8. EJEMPLO DE EFICIENCIA
Una máquina absorbe 800 J
Dep. caliente TH y desecha 600 J cada ciclo.
800 J W ¿Cuál es la eficiencia?
Máquin
QC
a e=1-
600 J QH
Dep. frío TC 600 J
e=1- e = 25%
800 J
Pregunta: ¿Cuántos joules de trabajo se realizan?

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

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?
TC e real = 0.5ei = 20%
e=1-
TH W
e=
300 K QH
e=1-
500 K W = eQH = 0.20 (600 J)
e = 40% Trabajo = 120 J

11. REFRIGERADORES
Un refrigerador es una
Dep. caliente TH máquina que opera a la
inversa: realiza trabajo sobre
Qhot Win gas que extrae calor del
depósito frío y deposita calor
Máquina en el depósito caliente.
Qcold Win + Qfrío = Qcaliente
Dep. frío TC
WIN = Qcaliente - Qfrío

12. LA SEGUNDA LEY PARA
REFRIGERADORES
Es imposible construir un
Dep. caliente TH
refrigerador que absorba calor de
Qhot un depósito frío y deposite igual
calor a un depósito caliente con
Máquin
a ∆W = 0.
Qcold
Dep. frío TC
Si fuese posible, ¡se podría
establecer movimiento
perpetuo!

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

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

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

16. GRACIAS