Segunda ley de la termodinámica
19. ¿Cómo se relaciona la segunda ley de la termodiná-
mica con la dirección del flujo del calor?
Máquinas térmicas
20. ¿Cuáles son los tres procesos que suceden en
cualquier máquina térmica?
21. ¿Exactamente que es la contaminación térmica?
22. ¿Cómo se relaciona la segunda ley con las máquinas
térmicas?
23. ¿Por qué es tan esencial la parte de la condensación
en el ciclo de las turbinas de vapor?
El orden tiende al desorden
24. Menciona un ejemplo de la diferencia entre energía
de alta calidad y energía de baja calidad, en
términos de la energía organizada y la desorganizada.
25. ¿Cómo se puede enunciar la segunda ley con respecto
a la energía de alta calidad y la de baja calidad?
26. Con respecto a los estados ordenados y desordena-
dos, ¿qué tienden a hacer los sistemas naturales?
¿Un estado desordenado se puede transformar
alguna vez en estado ordenado? Explica cómo.
Entropía
27. ¿Cuál es el término que usan los físicos como medida
de la cantidad de desorden?
28. Describe la diferencia entre la primera y la segunda
ley de la termodinámica, en función de si hay o no
excepciones.
Respuestas a la pregunta
Respuesta:
Explicación:
El estudiante debe ser capaz de:
• Interpretar los conceptos de máquinas térmicas y refrigeradores.
• Diferenciar entre un proceso reversible y uno irreversible.
• Calcular la eficiencia de una máquina térmica.
• Calcular el rendimiento de un refrigerador.
• Identificar el ciclo de Carnot, el ciclo de Otto y el ciclo de Diesel.
• Interpretar la segunda ley de la termodinámica.
• Interpretar el concepto de entropía.
• Calcular la entropía de procesos reversibles y procesos irreversibles.
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Conocimientos previos
Para esta sección los estudiantes deben tener conocimientos previos en
• Matemática básica.
• Cálculo diferencial, principalmente los conceptos de derivada e integral
• Física general, principalmente los conceptos de mecánica clásica, como
por ejemplo las leyes de newton, los conceptos de posición, distancia,
velocidad y aceleración, las definiciones de energía cinética, energía
potencial y energía mecánica.
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Contenido
Maquinas térmicas
Motores de combustión interna
Refrigeradores
Segunda Ley de la Termodinámica
Máquina y refrigerador de Carnot
Entropía y la segunda ley de la termodinámica
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Contenido
Maquinas térmicas
Segunda Ley de la Termodinámica
Máquina y refrigerador de Carnot
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Máquinas térmicas
Una máquina térmica es cualquier
en trabajo mecánico.
Las máquinas térmicas utilizan una
caso de los motores de combustión interna
(como un automóvil) la sustancia de
combustible, en una máquina de vapor es el
agua. Dentro de l máquina la sustancia de
calor, expansión y compresión, y algunas
Deposito de calor de baja
temperatura TH
Máquina
térmica
Qentra = QH
Qsale = QC
W = |QH | − |QC |
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Calor y trabajo en una máquina térmica
Todas las máquinas térmicas absorben calor
QH (> 0) de un deposito de calor de alta
temperatura TH , realizan un trabajo
mecánico W(> 0) y desechan algo de calor
QC (< 0) en un deposito de calor a
temperatura baja TC . En lo que a la
máquina concierne, el calor desechado se
desperdicia. En los motores de combustión
interna, éste es el calor que se elimina en
los gases de escape y en el sistema de
enfriamiento.
Deposito de calor de baja
temperatura TC
Deposito de calor de alta
temperatura TH
Máquina
térmica
Qentra = QH
Qsale = QC
W = |QH | − |QC |
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Eficiencia de una máquina térmica
La eficiencia de una maquina se define
como
e =
W
QH
,
lo cual indica cuanto trabajo mecánico
realiza la máquina a partir de la energía
que se le trasfiere QH .
El trabajo neto realizado por la máquina se
determina W = |QH | − |QC | con lo que la
eficiencia térmica de la máquina se
determina
e = 1 −
QC
QH
. Deposito de calor de baja
temperatura TC
Deposito de calor de alta
temperatura TH
Máquina
térmica
Qentra = QH
Qsale = QC
W = |QH | − |QC |
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Contenido
Maquinas térmicas
Motores de combustión interna
Refrigeradores
Segunda Ley de la Termodinámica
Máquina y refrigerador de Carnot
Entropía y la segunda ley de la termodinámica
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Motores de gasolina: Ciclo de Otto
El ciclo de Otto es un modelo
idealizado de los procesos
termodinámicos en un motor de
gasolina. Dicho ciclo consta de
Proceso de compresión
adiabática a → b
Calentamiento a volumen
constante, proceso b → c
Proceso de expansión
adiabática c → d
Enfriamiento a volumen
constante, proceso d → a
V
p
b
V
c
W d
rV
a
QH
QC
Adiabático
Adiabático
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Eficiencia ciclo de Otto
Se puede mostrar usando la primera ley de la termodinámica
QH = nCv (Tc − Tb) Qc = nCv (Ta − Td )
Usando la definición de eficiencia de una máquina térmica se tiene para el ciclo
de Otto
e =
Tc − Tb + Ta − Td
Tc − Tb
= 1 −
1
r
γ−1
donde r se conoce como razón de compresión; el cual para motores de
automóviles modernos suele estar entre 8 y 10.
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Motores de Diesel: Ciclo de Diesel
El ciclo de Diesel es un modelo
idealizado de los procesos
termodinámicos en un motor de
diesel. Dicho ciclo consta de
Proceso de compresión
adiabática a → b
Calentamiento a presión
constante, proceso b → c
Proceso de expansión
adiabática c → d
Enfriamiento a volumen
constante, proceso d → a
V
p
b
V
c
W
d
rV
a
QH
QC
Adiabático
Adiabático
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Contenido
Maquinas térmicas
Motores de combustión interna
Refrigeradores
Segunda Ley de la Termodinámica
Máquina y refrigerador de Carnot
Entropía y la segunda ley de la termodinámica
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Refrigeradores
La función que desempeña un refrigerador
es básicamente opuesta a la de una
máquina térmica. Una máquina térmica
toma calor de un lugar caliente y cede calor
a un lugar más frío mientras que un
refrigerador extrae calor QC (> 0) de un
lugar frío TC (el interior del refrigerador) y
cede calor QH a un lugar más caliente TH
(aire del exterior). Una máquina térmica
tiene una salida neta de trabajo mecánico
en cambio el refrigerador requiere de una
entrada neta de trabajo mecánico.
Interior del refrigerador a
temperatura TC
Aire exterior a temperatura
TH
Refrigerador
Qsale = QH
Qentra = QC
W = |QH | − |QC |
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