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LLEEYYEESS TTEERRMMOODDIINNÁÁMMIICCAASS 
 
PRIMERA LEY: 
 
“El calor transferido al o por un sistema, en un proceso termodinámico, es igual al trabajo realizado por 
o sobre el sistema más la variación de su energía interna”. 
 
∆Q = W + ∆U 
∆Q(+) = Calor entregado al sistema 
∆Q(-) = Calor liberado por el sistema 
 W(+) = Trabajo realizado por el sistema 
 W(-) = Trabajo realizado sobre el sistema 
 W = 0 en procesos isocóricos 
 ∆U = Variación de la energía interna 
 Si ∆U es (+), se calienta el sistema 
 Si ∆U es (-), se enfría el sistema 
 ∆U = 0 en procesos isotérmicos y en 
ciclos termodinámicos. 
 
 
SEGUNDA LEY: 
 
Se puede enunciar de las siguientes formas: 
 
- Enunciado de Kelvin y Planck: “Es imposible construir una máquina térmica que sea 100% eficiente”. 
 
- Enunciado de Clausius: “Es imposible que un cuerpo frío entregue calor de forma natural a un 
cuerpo caliente, sólo invirtiendo trabajo lo puede hacer de manera 
forzada”. 
- Es imposible el funcionamiento real de una máquina refrigeradora que no utilice trabajo proveniente 
del exterior. 
- “La entropía siempre aumenta de manera natural”. 
 
La entropía se puede considerar como una medida de lo próximo o no que se halla un sistema del 
equilibrio; también se puede considerar como una medida del desorden (espacial y térmico) del sistema. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Observación: 
La segunda ley sugiere además, la existencia de una escala de temperatura absoluta con un cero absoluto de 
temperatura. De acuerdo a esta, el cero absoluto no se puede alcanzar por ningún procedimiento que conste 
de un número finito de pasos. Es posible acercarse indefinidamente al cero absoluto, pero nunca se puede 
llegar a él, esta importante conclusión en ocasiones suele denominarse como el la tercera ley de la 
termodinámica. 
 
 
Esto significa que la entropía de un sistema aislado nunca puede decrecer. 
Por tanto, cuando un sistema aislado alcanza una configuración de máxima 
entropía, ya no puede experimentar cambios: ha alcanzado el equilibrio. La 
naturaleza parece pues “preferir” el desorden y el caos. Se puede 
demostrar que el segundo principio implica que, si no se realiza trabajo, 
es imposible transferir calor desde una región de temperatura más baja a 
una región de temperatura más alta. 
 
T e r m o d i n á m i c a II 
 
 
 
 
 
 
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EEFFIICCIIEENNCCIIAA 
 
 
Es la relación entre el trabajo realizado por una máquina térmica (W) respecto al calor suministrado 
para tal fin (Q1). 
 
Máquina térmica, es un dispositivo capaz de transformar el calor en trabajo útil. El calor necesario para 
conseguir que funcione una máquina térmica procede, generalmente, de la combustión de un combustible. Dicho 
calor es absorbido por un fluido que, al expandirse, pone en movimiento las distintas piezas de la máquina. 
 
η = 
CQ
W ó η% = 
CQ
W x 100% 
 
Donde: 
W = QC – QF 
 
 
 
 
 
 
 
 
Luego: 
η = 
C
F
C
FC
Q
Q1
Q
QQ
−=
− 
 
 
 
 
CCIICCLLOO DDEE CCAARRNNOOTT 
 
 
El ciclo ideal de Carnot fue propuesto por el físico francés 
Sadi Carnot, que vivió a principios del siglo XIX. Una máquina de 
Carnot es perfecta, es decir, convierte la máxima energía térmica 
posible en trabajo mecánico. 
 
 Carnot demostró que la eficiencia máxima de cualquier 
máquina depende de la diferencia entre las temperaturas máxima y 
mínima alcanzadas durante un ciclo. Cuanto mayor es esa diferencia, 
más eficiente es la máquina. Por ejemplo, un motor de automóvil sería 
más eficiente si el combustible se quemara a mayor temperatura o los 
gases de escape salieran a menor temperatura. 
 
Es decir que en este ciclo ideal se logra la máxima eficiencia 
posible obtenida por una máquina térmica, el cual consta de cuatro 
pasos: 
 
a → b = Expansión isotérmica 
b → c = Expansión adiabática 
c → d = Compresión isotérmica 
d → a = Comprensión adiabática 
Los cuales se muestran a continuación: 
 
Nicolas L. Sadi Carnot 
Nicolas Leónard Sadi Carnot, físico e 
ingeniero militar francés, demostró 
que no puede existir un motor 
térmico perfecto, es decir, que en 
cualquier motor térmico se pierde 
parte del calor suministrado. Sentó 
así las bases del segundo principio de 
la termodinámica. 
Calor suministrado o 
absorbido del foco 
caliente 
Calor perdido, eliminado o 
cedido al foco frío 
 
 
 
 
 
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 Nótese que la temperatura T1 se obtiene en el foco caliente (T1 = TC) y la temperatura T2 se obtiene 
en el foco frío (T2 = TF). 
 
 
 El ciclo completo de Carnot, se puede 
representar en una gráfica p vs V, de la siguiente manera: 
 
El trabajo realizado por ciclo es: W = QC – QF 
 
de eficiencia : η = 1-
C
F
T
T con: 0 < 
C
F
T
T < 1 
ó, en porcentaje: 
 
 η% = ( 1-
C
F
T
T )x 100% η% < 100% 
 
donde: TC y TF son temperaturas absolutas, de los focos 
caliente y frío respectivamente. 
 
 
Relacionando la eficiencia del ciclo de Carnot, con la eficiencia para máquinas térmicas, obtendremos: 
 
 
C
F
C
F
Q
Q
T
T
= conocida como la relación de Kelvin. 
 
Si el ciclo se invierte tendremos un REFRIGERADOR DE CARNOT. 
 
Un refrigerador es una máquina que funciona a la inversa de una máquina térmica, es decir, es una 
máquina que mediante la realización de un trabajo toma calor de una región fría y lo cede a una caliente. Para 
extraer el calor se aprovechan dos procesos que transcurren con absorción de calor: la evaporación de un 
líquido y la expansión de un gas. 
 
 
 
 
 
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Los refrigeradores están caracterizados por su coeficiente de 
performance (cop o β), el cual se calcula por: 
 
 β = 
W
QF 
donde: 
 W = QC – QF 
 
con lo que: 
 β
FC
F
QQ
Q
−
= 
y, utilizando la relación de Kelvin, obtenemos: 
 
 β
FC
F
TT
T
−
= 
 
 Si hipotéticamente, una máquina térmica de Carnot, operara como un refrigerador de Carnot, la 
relación entre la eficiencia del primero (η) y el coeficiente de performance del segundo (β) sería: 
 
11 −
η
=β 
OBSERVACIÓN: 
Para obtener el coeficiente de performance (β), las funciones de estado que 
intervienen en las fórmulas, deben reemplazarse en valor absoluto. 
 
Ejemplos ilustrativos: 
 
1. Un gas diatómico realiza un proceso isobárico incrementando su temperatura en 10 °C, si se sabe que 
existen dos moles de dicho gas, ¿Qué cantidad de calor, en J, recibió aproximadamente? 
 a) 166,2 b) 415,5 c) 477,1 d) 500,5 e) 581,7 
 
 Solución: 
 Gas diatómico : i = 5 
 p = cte. 
 ∆T = 10 °C , pero ∆C = ∆K ⇒ ∆T = 10K 
 n = 2 moles 
 ∆Q = ? 
 W = nR ∆T ∆U = 
2
i W 
 W = 2 x 8,31 x 10 ∆U = 
2
5 (166,2) 
 
 W = 166,2 J ∆U = 415,5 J 
 
 Por la primera ley de la Termodinámica: 
 
 ∆Q = W + ∆U 
 ∆Q = 166,2 + 415,5 
 
 ∆Q = 581,7 J 
 Rpta. e 
 
 
 
 
 
 
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2. Se comprime isotérmicamente un gas ideal, según muestra el gráfico. Determine el calor recibido por el 
gas, en J. Considere Ln2 = 0,693 
 
 a) -96,5 
 b) -138,6 
 c) -200 
 d) -296,5 
 e) -100 
 
 
 
 Solución: 
 
Del gráfico: 
v1 = V W = p1 V1 ln 
1
2
v
v
 Proceso isotérmico: T = cte ⇒ ∆T = 0 ⇒ ∆U = 0 
v2 = 2 m3 W = 50 x 4 ln 4
2 ⇒ Ley de Boyle - Mariotte: 
P1 = 50m3 W = 200 ln 2
1 P1 V1 = P2 V2 
P2 = 100 m3 W = 200 (-ln 2) 50 V = 100 (2) 
 W = -200(0,693) V = 4 m3 = V1 
 W = -138,6 J 
 
 
 (0) 
 
∆Q = W + ∆Q = W + ∆U 
 
∆Q = -138,6 + 0 
∆Q = -138,6 J 
Rpta: b 
 
3. Una máquina de Carnot funciona entre dos focos a 600 K y 300 K de temperatura. Si esta máquina es 
capaz de levantar un saco con 100 kg de papas una altura de 5m, en cada ciclo. Determine el calor 
recibido por la máquina, en kJ, (g = 10m/s2). 
 a) 0,5 b) 4 c) 5 d) 8 e) 10 
 
 Solución: 
 TC = 600 K Eficiencia de la máquina : Trabajo realizado en cada ciclo 
 TF = 300 K η = 1 - 
C
F
T
T
 W = mgh 
 g = 10m/s2 η = 1 - 
600
300 W = 100 x 10 x 5 
 h = 5m η = 
2
1 W = 5000 JW = 5 KJ 
 Calor recibido en cada ciclo: η = 
CQ
W 
 
CQ
5
2
1
= 
 QC = 10 KJ 
 
 Rpta. e