República Bolivariana de VenezuelaI.U.P “Santiago Mariño”

Extensión – MaturínE: 43

2da Ley de la Termodinámica y Entropía

Profesor: Alumna:

Verónica Fleming Jayrelys Rodríguez

Maturín, febrero de 2013

INTRODUCCION

La termodinámica es la rama de la física que estudia fenómenos en los que interviene el

calor. La segunda ley de la termodinámica fue enunciada por S. Carnot en 1824. Se puede enunciar

de muchas formas. Una formulación sencilla y precisa es la siguiente: La evolución espontánea de

un sistema aislado se traduce siempre en un aumento de su entropía.

La palabra entropía fue utilizada por Clausius en 1850 para calificar el grado de desorden

de un sistema. Por tanto la segunda ley de la termodinámica dice que los sistemas aislados tienden

al desorden. En la teoría de la comunicación o de la información, la entropía es un número que

mide la incertidumbre de un mensaje. La entropía es nula cuando la certeza es absoluta.

Cuando añadimos información a un objeto físico lo que estamos haciendo es ordenar de

una forma determinada los elementos que componen el sistema de ese objeto. Si estamos

tallando una piedra de sílex para convertirla en punta de flecha, estamos seleccionando (mediante

la eliminación de las lascas) las partes de la piedra que mantienen un cierto orden; lo que

caracteriza una punta de flecha, su simetría, triangularidad y borde afilado, es precisamente el

orden de sus componentes. Ese orden es, precisamente, la información tecnológica. Cualquier

cambio aleatorio que se produzca en la forma de la flecha tendrá un efecto de aumento de su

entropía, es decir, de pérdida de orden y de la información que contiene.

A continuación detallaremos más a fondo los conceptos planteados anteriormente con el

fin de lograr una mayor comprensión de los mismos.

SEGUNDA LEY DE LA TERMODINAMICA

La segunda ley de la termodinámica establece cuales procesos de la naturaleza pueden

ocurrir o no. De todos los procesos permitidos por la primera ley, solo ciertos tipos de conversión

de energía pueden ocurrir. Los siguientes son algunos procesos compatibles con la primera ley de

la termodinámica, pero que se cumplen en un orden gobernado por la segunda ley. 1) Cuando dos

objetos que están a diferente temperatura se ponen en contacto térmico entre sí, el calor fluye del

objeto más cálido al más frío, pero nunca del más frío al más cálido. 2) La sal se disuelve

espontáneamente en el agua, pero la extracción de la sal del agua requiere alguna influencia

externa. 3) Cuando se deja caer una pelota de goma al piso, rebota hasta detenerse, pero el

proceso inverso nunca ocurre. Todos estos son ejemplos de procesos irreversibles, es decir

procesos que ocurren naturalmente en una sola dirección. Ninguno de estos procesos ocurre en el

orden temporal opuesto. Si lo hicieran, violarían la segunda ley de la termodinámica. La naturaleza

unidireccional de los procesos termodinámicos establece una dirección del tiempo.

La segunda ley de la termodinámica, que se puede enunciar de diferentes formas

equivalentes, tiene muchas aplicaciones prácticas. Desde el punto de vista de la ingeniería, tal vez

la más importante es en relación con la eficiencia limitada de las máquinas térmicas. Expresada en

forma simple, la segunda ley afirma que no es posible construir una máquina capaz de convertir

por completo, de manera continua, la energía térmica en otras formas de energía.

MAQUINAS TERMICAS Y REFIGERADORES (DEFINICION Y ORIGEN)

Se denomina Máquina térmica a aquel sistema y/o mecanismo que realiza un ciclo

convirtiendo el calor en trabajo.

La Máquina térmica no debe sufrir ninguna variación permanente, después de su

utilización debe quedar como al inicio.

El proceso a partir del cual se produce el trabajo se llama ciclo. El ciclo de una máquina

térmica es siempre un ciclo cerrado.

En general la máquina absorberá o perderá calor durante los diversas etapas del ciclo de

trabajo.

La primera máquina térmica fue creada por Herón siglo I D.C, pero no pudo ser empleada

con fines prácticos para la producción de grandes cantidades de energía mecánica.

Las primeras máquinas térmicas de vapor inventadas en el siglo XVIII, eran muy

rudimentarias y tenían un rendimiento muy bajo; es decir, consumían una gran cantidad de

combustible para producir un trabajo relativamente pequeño.

• 1769: J. Watt inventa la máquina de vapor.

• 1816: R. Stirling inventa el motor de aire caliente.

• 1839: J. Ericsson desarrolla varios modelos de motores de aire caliente

• 1876: N. Otto desarrolla el motor de combustión interna (a gasolina)

• 1883: C. Laval desarrolla las turbinas de vapor

• 1892: R. Diesel inventa el motor a compresión (Diesel)

• 1930: F. Whittle inventa la turbina a gas para aviones

• 1944: En Alemania se desarrollan los motores para cohetes (von Braun)

Según algunas fuentes, en 1805, el inventor estadounidense Oliver Evans diseñó la primera

máquina refrigerante. En 1834, Jacob Perkins, fabricó por primera vez en la historia el hielo

artificial. El primer aparato moderno que utilizó el invento de Perkins, apareció en 1850 Era una

caja de madera grande que tenía poco espacio para los alimentos.

Poco después surgió un nuevo modelo pero que debido a los gases que usaba (como el

amoniaco) era muy peligroso. En 1931, Thomas Midgley descubre los CFC que por sus propiedades

desde entonces son empleados en máquinas de enfriamiento; aunque ahora se sabe que

contaminan y son riesgosos para la capa de ozono.

EL refrigerador está compuesto por:

EVAPORADOR

COMPRENSOR

CONDENSADOR

VALVULA DE EXPANSION

TUBO CAPILAR

UN DEPOSITO AISLANTE TERMICAMENTE

DESHIDRATADOR

REFRIGERANTE

En el refrigerador el comprensor succiona vapor a baja presión y lo descarga como vapor a

alta presión. En el condensador el refrigerante cambia de estado, pasando de vapor a líquido,

teniendo como resultado un calor que es añadido al aire.

En la válvula de expansión el líquido a alta presión es estrangulado, convirtiéndose en

líquido a baja presión. En el evaporador el refrigerante extrae el calor de los alimentos, pasando

de líquido a vapor.

Un refrigerador eficiente es aquel que remueve la mayor cantidad de calor de la fuente

fría con la menor cantidad de trabajo.

PROCESOS REVERSIBLES E IRREVERSIBLES (DEFINICON Y DIFERENCIAS)

Los procesos reales se producen en una dirección preferente. Es así como el calor fluye en

forma espontánea de un cuerpo más cálido a otro más frío, pero el proceso inverso sólo se puede

lograr con alguna influencia externa. Cuando un bloque desliza sobre una superficie, finalmente se

detendrá. La energía mecánica del bloque se transforma en energía interna del bloque y de la

superficie. Estos procesos unidireccionales se llaman procesos irreversibles. En general, un

proceso es irreversible si el sistema y sus alrededores no pueden regresar a su estado inicial.

Por el contrario, un proceso es reversible si su dirección puede invertirse en cualquier

punto mediante un cambio infinitesimal en las condiciones externas.

Una transformación reversible se realiza mediante una sucesión de estados de equilibrio

del sistema con su entorno y es posible devolver al sistema y su entorno al estado inicial por el

mismo camino. Reversibilidad y equilibrio son, por tanto, equivalentes. Si un proceso real se

produce en forma cuasi estática, es decir lo suficientemente lento como para que cada estado se

desvié en forma infinitesimal del equilibrio, se puede considerar reversible. En los procesos

reversibles, el sistema nunca se desplaza más que diferencialmente de su equilibrio interno o de

su equilibrio con su entorno. Si una transformación no cumple estas condiciones es irreversible.

En la realidad, las transformaciones reversibles no existen, ya que no es posible eliminar

por completo efectos disipativos, como la fricción, que produzcan calor o efectos que tiendan a

perturbar el equilibrio, como la conducción de calor por diferencias de temperatura. Por lo tanto

no debe sorprender que los procesos en la naturaleza sean irreversibles. El concepto de proceso

reversible es de especial importancia para establecer el límite teórico de la eficiencia de las

máquinas térmicas.

ENTROPIA (DEFINICION)

La entropía es una propiedad que no se conserva y no hay postulado como el principio

de la conservación de la entropía. La entropía solo se conserva durante el proceso reversible

idealizado y aumenta durante todos los procesos reales. En consecuencia la entropía del universo

aumenta continuamente.

El desempeño de los sistemas de ingeniería se degrada por la presencia de

irreversibilidades y la generación de entropía es una medida de las magnitudes de las

irreversibilidades, tanto mayor resulta la generación de entropía durante ese proceso. Cuanto

mayor es el grado de las irreversibilidades, tanto mayor resulta la generación de entropía. Por

consiguiente, la entropía puede usarse como una medida cuantitativa de irreversibilidades

asociadas con un proceso.

ENTROPIA DE UNA SUSTANCIA PURA

La entropía es una propiedad, y por lo tanto el valor de la entropía se fija una vez que el

sistema se fija. El hecho de especificar dos propiedades intensivas independientes fija el estado de

un sistema compresible sencillo, y por lo tanto también el valor de la entropía, así como también

los valores de otras propiedades en ese estado.

El valor de la entropía en un estado específico se determina del mismo modo que

cualquier otra propiedad.

En las regiones de mezcla saturada, se determina así:

Cuando se carece de datos de líquido comprimido, la entropía de líquido comprimido se

calcula:

El cambio de entropía de una masa m (como sistema cerrado) es:

CONCLUSION

La termodinámica es de vital importancia en nuestras vidas ya que estudia a la energía, su

almacenaje y sus diferentes transformaciones; en particular, la transformación de la energía

calorífica (calor) en otras formas de energía y viceversa.

Se enfatiza la relación entre calor y temperatura como consecuencia de la capacidad del

ser humano de distinguir la existencia de "cuerpos calientes" y "cuerpos fríos".

Se torna importante la observación y la experimentación con aparatos térmicos que

permiten comprender la importancia de los procesos termodinámicos en nuestro entorno y como

estos afectan el medio en que vivimos y de allí presentar alternativas de mejoramiento en la

conservación del ambiente.