Este documento presenta información sobre la segunda ley de la termodinámica. Explica que es imposible construir una máquina térmica cuyo único efecto sea extraer calor de un depósito y realizar la misma cantidad de trabajo, o un refrigerador que absorba calor de un depósito frío y deposite la misma cantidad de calor en un depósito caliente sin usar trabajo. También define conceptos como la eficiencia de las máquinas térmicas y el coeficiente de rendimiento de los refrigeradores.

1. CICLO 2012-II Módulo:I
Unidad: IV 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 y
Dep. caliente TH 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
Qhot de un depósito frío y deposite
Máquin igual calor a un depósito
a
caliente con ∆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 TH
refrigerador K=
IDEAL: 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= =
T H- 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