Fisica iii segunda ley de la termodinamica

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SEGUNDA LEY DE LA TERMODINAMICA 
La segunda ley de la termodinámica nos indica la dirección de los 
procesos de transferencia de energía en la naturaleza, valiéndose de los 
siguientes acciones. 
1. Es imposible que todo el calor que recibe el sistema se transforme en 
trabajo mecánico. 
Esquemáticamente: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
❖ Si una cierta cantidad de calor se desecha a una fuente de menos 
temperatura entonces se debe de cumplir: 
 
 
 
 
 
 
 
 
2. No puede existir transferencia de calor en forma espontánea desde una 
fuerte de movimiento temperatura a una fuerte de menos de temperatura: 
 
 
 
 
 
T1 Fuente de calor 
Q1 
W = Q1 
Imposible 
Sistema 
Fuente de calor T1 
Q1 
Sistema 
Q2 
T0 
Fuente de 
desecho de calor 
Fuente de mayor 
temperatura 
 
T1 
Fuente de menor 
temperatura 
 
T2 
Q 
Imposible 
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❖ Para lograr el proceso de este tipo es necesario realizar un trabajo 
externo sobre un sistema termodinámico. 
 
 
 
 
 
 
 
 
3. No existe un sistema termodinámico (maquina) cuyo rendimiento sea del 
100%. 
 
MAQUINAS TÉRMICAS 
 
Entendemos por maquina térmica a todo mecanismo al cual se le suministra 
una cierta cantidad de calor Q1 de un cuerpo que se encuentra a una 
(calentador), parte de esa cantidad de calor lo transforma en trabajo mecánico 
(W), y el resto en Q2 lo que cede a un cuerpo mas frio a una , 
(refrigerador). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fuente T1 T1 > T2 
Sistema 
Fuente T2 
Maquina 
térmica 
T2 Calentador 
T2 Refrigerador 
N 
Q2 
Q1 
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Por conservación de energía: 
2.1 Eficiencia de una maquina térmica(n): 
Es la capacidad de una máquina para convertir cierta cantidad de calor en 
trabajo mecánico, el rendimiento eficiente puede ser medida utilizando la 
siguiente relación: 
 
 
 
 
✓ Rendimiento porcentual(n%) 
 
 
2.2 Ciclos y eficiencia de algunas maquinas térmicas: 
2.1 Ciclo de Carnot: 
En el siglo carnot trabaja como gas ideal como sustancia de trabajo. El 
rendimiento de este sistema se considera máximo, porque es una 
máquina de calor idealizado. Este siglo está caracterizado por dos 
variaciones de estado reversible: 
• Dos procesos isotérmicos(AB y CD) 
• Dos procesos adiabáticos(BC y DA) 
 
 
 
 
 
 
 
2.1 Ciclo de Otto 
 
 
 
 
 
 
 
A 
B 
C 
W 
D 
T1 = cte 
V3 V2 V4 V1 
T1 > T2 
P 
V 
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➢ Para AB: 
 
 
 
➢ Para BC: 
 
 
➢ Para CD: 
 ; 
 
➢ Para DA: 
 
 ; 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
• Para el proceso isotérmico(T = Cte) 
 
 
➢ 
 
➢ 
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• Para los procesos adiabáticos: 
 
 
 
➢ Para BC: 
 
 
 
 
➢ Para DA: 
 
 
 
Entonces igualamos: 
 
 
 
 
Entonces: 
 
 
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2.2 Ciclo de Otto: 
Es un siglo termodinámico que cumple un motor gasolinero en donde se 
toman en cuenta la perdida de calor por rozamiento, por conducción, por 
reacciones químicas. Este siglo está conformado por: 
o Dos procesos adiabáticos(AB y CD) 
o Dos procesos isométricos(BC y AD) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
• Para los procesos isométricos: 
 
➢ Para BC: 
 
 
 
➢ Para DA: 
 
 
D 
C 
B 
A 
W Q2 
Q1 
P 
V V2 V1 
Porque esta cediendo calor al sistema 
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• Para los procesos adiabáticos: 
 
➢ Para AB: 
 
 
 
➢ Para CD: 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Rendimiento: 
 
 
 
 
 
 
 
2.3 Ciclo Disel: 
Ciclo termodinámico que cumple un motor petrolero y consta de los 
siguientes procesos: 
o Dos procesos adiabáticos(AB y CD) 
o Un proceso isométrico(BA) 
o Un proceso isobárico(BC) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
B C 
D 
A 
Q1 
Q2 
P 
V 
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➢ Para el proceso isobárico (BC): 
 
 
 
➢ Para el proceso isométrico (DA): 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2.4 Refrigeradores: 
Dispositivos termodinámicos cuya función es trasladar calor de una fuente 
menor a otra fuente de menor temperatura, realizando un trabajo mecánico 
externo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Porque el sistema cede calor 
TH 
 
QH 
 
QC 
 
TC 
 
W 
TH > TC 
 
Refrigerador 
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Coeficiente de rendimiento (K): 
 
 
 
 
 
 
Ejercicios 
1. Una maquina térmica 1mol de sal ideal, incidente a y 
 , trabaja en un siglo consistente en 4 etapas: 
a) Expresión isotérmica, hasta dos veces su volumen. 
b) Enfriamiento hasta una , 
c) Comprensión isotérmica hasta su volumen original. 
d) Calentamiento a hasta su temperatura original. 400°k 
Suponga si . Dibuja el sistema en un diagrama P, V y 
calcular su rendimiento. 
Solución: 
a) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Trabajo mecánico 
T° = 300°K 
P 
V V2 = 49,2 V1 = 24,6 
T° = 400°K 1 
4 
T° = 300°K 3 
T° = 400°K 2 
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b) 
➢ Para 1―2 : 
 
 
 
 
 
➢ Para 2―3 : 
 
 
 
 
➢ Para 3―4 : 
 
 
 
 
 
 
Entonces: 
 
 
 
 
 
 
 
Hallamos el rendimiento: 
 
Q1 
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2. Un motor gasolina recibe 8000J de calor y produce 2000J de calor por 
siglo, el calor proviene de quemar gasolina. . 
a) ¿Calcule la eficiencia térmica? 
b) Cuanto calor se desea en cada siglo 
c) Que masa de calor se quema en cada siglo 
Solución: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
a) 
 
 
 
 
 
 
 
Gasolina 
T1 
 
T2 
 
N = 2000J 
Q2 
Q1 = 8000J 
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b) 
c) 
 
 
 
2.5 Entropía: 
Existe una función termodinámica denominada entropía “S”, que es una 
medida del desorden del sistema. 
La variación de la entropía “DS” de un sistema, cuando puso de un estadio 
a otro se define: 
 
Donde: 
: Es el calor que debe añadir al sistema procesos reversibles para 
llegar a su estado inicial.que debe añadir al sistema procesos reversibles 
para llegar a su estado inicial o final. 
 
( + ) cuando realiza calor. 
( – ) cuando cede calor. 
 
➢ Parte A: 
∆S para procesos a P = Cte 
 
 
 
 
 
➢ Parte “B”: 
∆S para procesos a V = Cte 
 
 
dQPev 
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➢ Parte “C”: 
∆S para procesos a T = Cte. expansión de un gas ideal 
 
 
 
 
 
 
 
➢ Parte “D”: 
∆S para un proceso adiabático. 
 
 
➢ Parte “E”: 
∆S para un ciclo de carnot 
 
 
 
 
 
 
 
 
Maquina 
de Carnot 
TH 
 
TC 
 
W 
Q2 
Q1 
 
 
 
Cediendo calor 
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EJERCICIOS 
1. Un bloque de 50gr de Al a 50°C, se introduce a un recipiente con 60gr de 
H2O a 50°C ¿Calcule el cambio de entropía de este proceso? 
Solución: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 - QAl 
 
 
 
 
 
 
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