OBJETIVOS

1. Revisar los conceptos del Ciclo de Carnot

2. Revisar el Tercer Principio de la Termodinámica.

3. Revisar los conceptos de energía libre.

CICLO DE CARNOT ( Máquina térmica )

El ciclo de Carnot es un ciclo termodinámico ideal reversible entre dos fuentes de temperatura, en el cual el rendimiento es máximo. SADI CARNOT, formuló su proposición de conversión parcial del calor en trabajo, sin dejar cambios en el sistema. Para esto :-La máquina no debe sufrir cambios permanentes. -Se somete a la sustancia de trabajo a una secuencia de procesos que se repiten consecutivamente, es decir hace un ciclo.-Se necesita 2 reservorios de temperaturas diferentes. -El resultado neto de cada ciclo es la transferencia de calor de un reservorio de alta temperatura a otro de baja temperatura, con conversión de la diferencia de calor en trabajo sobre el medio ambiente.

Diagrama del ciclo de Carnot en función de la temperatura y la entropía.

El Ciclo de Carnot, se trata de un gas idealQue pasa por ciclo de 4 pasos reversibles :

1. De A a B : expansión isotérmica

Expansión isotérmica

Exp

ansi

ón

ad

iab

átic

a

q = 0El gas se expande isotérmicamente, a latemperatura alta TH, acompañado por unaabsorción de calor q1 de la fuente caliente, El cambio de entropía es qH /TH.

Compresión isotérmica

Co

mp

resi

ón

ad

iab

átic

a

q = 0

2. De B a C : expansión adiabática-qC

qH

El gas se expande adiabáticamente pero consu propia energía, la expansión es adiabáticaCon disminución de la temperatura TH a TC.

Como q = 0, la entropía permanece constante.

Expansión isotérmica

Co

mp

resi

ón

ad

iab

átic

a

Exp

ansi

ón

ad

iab

átic

a

Compresión isotérmica

qH

- qC

q = 0 q = 0

3. De C a D : compresión isotérmica

Hay una liberación de calor qC al exterior,Sufriendo el gas un cambio de entropía qC /TC

4. De D a A : compresión adiabática

Se incrementará la temperatura del gas de TC a TH, como aquí q=0, será un proceso Isoentrópico, o sea a entropía constante.

Aquí termina el ciclo.

RENDIMIENTO DE LA TRANSFORMACION DE CALOR EN TRABAJO

El sistema gana entropia a la temperatura superior qH / TH y la pérdida de entropía a la temperaturamenor es qC/TC, sin cambios de entropía en los pasos adiabáticos. Para un ciclo completo, el cambio de entropía es CERO.

0C

C

H

Hrev

Tq

Tq

Tdq

Para un ciclo , ΔU = 0, entonces ΔU = q + w, de aquí : q = - w

- w máx. = q neto absorbido - w máx. = qH + qCEntonces :

qC = - qH * TC

TH

Tenemos : - w máx. = qH - qH * TC

TH

Resolviendo :

H

CH

H

CH

H

máx

TTT

qqq

qw

El rendimiento viene dado por :

H

C

H

C

TT

qq 11

Diagrama del ciclo de Carnot en función de la presión y el volumen

El trabajo máximo que se podría obtener por Ciclo diferencia entre le calor absorbido Q1 yel calor entregado Q2, es la suma de los 4 términos de trabajo de los pasos que ocurren. Tenemos :

3

41

1

22. lnln

VV

RTVV

RTwmáx

Pero : V1 = V4 V2 V3

Finalmente :

1

212. ln)(

VV

TTRwmáx

1. No puede existir una máquina térmica que funcionando entre dos fuentes térmicas dadas tenga

mayor rendimiento que una de Carnot

TEOREMAS DE CARNOT

2. Dos máquinas reversibles operando entre las mismas fuentes térmicas tienen el mismo rendimiento.

TERCER PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA

La entropía de un cristal puro es cero en el cero absoluto de temperatura.

Podemos determinar la entropía de una sustancia a cualquier temperatura integrando la ecuación:

Tq

dSrev Tomando S = 0, para el cero absoluto.

Para una sustancia sólida que no cambia de una forma cristalina a otra y que no funde a latemperatura a la cual se quiere conocer su entropía, se tendrá :

T

pT rev

TTdTC

Tq

S00

Para sustancias que no posean transiciones de fases, más que las de fusión, la entropía dellíquido a la temperatura T será :

TdT

CTT

dTCsS

T

Tf

lf

fTf

T 0

Donde :Cs = capacidad calorífica del sólidoCl = capacidad calorífica del líquidoλf = calor latente de fusión

REACCIONES RÉDOX Y CELDAS ELECTROQUÍMICAS

Reacciones redox En las reacciones redox hay una transferencia de electrones de una especie a otra. Un elemento pierde electrones y se oxida, el otro debe tomarlos y se reduce:

MUCHAS GRACIASPOR SU

ATENCIÒN