termodinamicai

Calores Específicos de algunos materiales Analiza cualitativamente la posibilidad de realizar un proceso termodinámico en base al ciclo ideal de Carnot y su eficiencia. estableciendo que ésta no se crea ni se destruye.LEYES DE LA TERMODINAMICA La termodinámica es la rama de la física que estudia los procesos donde hay transferencia de energía en forma de calor y de trabajo. Si el gas está en equilibrio térmico ocupa un volumen V y produce una presión constante P sobre las paredes del cilindro y sobre el émbolo de área A. La Primera Ley de la Termodinámica. como se muestra en la figura. así como plantea el concepto de Entropía. y el trabajo realizado por el gas sobre el émbolo. Si el gas se expande desde el volumen V hasta el volumen V+dV lo suficientemente lento. sólo se transforma. será: dW = F dy = PA dy . Es la tendencia al equilibrio térmico en forma espontánea cuando existe cuerpos a diferente temperatura. Plantea el análisis cuantitativo de la transferencia de energía. TRABAJO EN LOS PROCESOS TERMODINAMICOS. Por efecto de la expansión. Esta se desarrolla a partir de cuatro leyes naturales:     La Ley Cero de la Termodinámica. el sistema permanecerá en equilibrio termodinámico. La Segunda Ley de la Termodinámica. el émbolo de desplazará verticalmente hacia arriba una distancia dy. Para un gas contenido en un envase cilíndrico ajustado con un émbolo móvil. Establece que la Entropía de una sustancia pura en equilibrio térmico es igual a cero en el cero absoluto de la temperatura. (Max Planck-1912). La fuerza ejercida por la presión del gas sobre el émbolo es F = PA. La Tercera Ley de la Termodinámica. luego: dW = PdV    Si el gas se expande. depende del volumen y de la temperatura. como la que se muestra en la figura. Curva presión volumen para un gas que se expande desde Vi hasta Vf. De este gráfico. Si el gas se comprime. En general la presión no es constante. . Si no cambia el volumen. entonces dV es positivo y el trabajo realizado por el gas es positivo. se debe saber cómo varía la presión durante el proceso. dV es negativo y el trabajo realizado por el gas es negativo. Para obtener el trabajo total realizado por el gas cuando la variación de presión hace cambiar el volumen desde un valor Vi hasta un valor Vf. se debe integrar la ecuación anterior. en este caso se interpreta como el trabajo realizado sobre el sistema. los estados del gas se pueden representar por una curva en un diagrama PV. no se realiza trabajo.A dy es el incremento de volumen dV del gas. de la forma: Para evaluar esta integral. se obtiene que el trabajo realizado por un gas al expandirse o comprimirse desde un estado inicial Vi hasta un estado final Vf es igual al área bajo la curva de un diagrama PV. Si se conoce la presión y el volumen durante el proceso. 002m3.013x105 Pa. el trabajo realizado por un sistema depende del proceso por el cual el sistema cambia desde un estado inicial a otro final. if y iBf. Pi = PA = 4atm = 4. Por lo tanto.001m3= 515J . = VA = 4lt = 0. Vf. Vi = VB = 2lt = 0. es mayor en la figura 13.001m3 = 810 J  Trayectoria if: W2 = Wif = ½(Pi – PB)(VB – Vf) + Pf (VB – Vf) W2 = ½(4-1)(1. Las áreas bajo las curvas en cada caso. manteniendo constante el volumen final Vf . Pf = PB=1atm = 1. tienen un valor diferente.001m3+1(1. Calcular el trabajo realizado por el gas a lo largo de las trayectorias iAf.004m3  Trayectoria iAf: W1 = WiA + WAf = Pi(VA .6b.013x105 Pa)(4-2)0.05x105 Pa)(4-2)x0.05x105 Pa. Ejemplo 1. Un gas se expande desde i hasta f por tres trayectorias posibles.Vi)+ 0 W1 = (4.013x105 Pa)(4-2)0. como se indica en la figura.El valor del trabajo es diferente si se obtiene en un proceso donde primero se produce una expansión desde Vi hasta Vf a presión constante Pi y después se disminuye la presión desde Pi hasta Pf. PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA.001m3 = 202 J Ejemplo 2. Trayectoria iBf: W3 = WiB + WBf = 0 + Pf(Vf . el cambio en la energía interna del sistema se mide como: ΔU = Uf – Ui = Q – W…. 1ª Ley de la Termodinámica Donde ΔU: cambio de energía interna es independiente de la trayectoria o del proceso.01x105 Pa)(4-2)0. Es una ley válida en todo el Universo y se puede aplicar a todos los tipos de procesos. permite la conexión entre el mundo macroscópico con el microscópico. En mecánica la energía se conserva si las fuerzas son conservativas y no actúan fuerzas como la fricción. Q: es positivo (negativo) si se le agrega (quita) calor al sistema. La primera ley de la termodinámica es una generalización de la ley de conservación de la energía que incluye los posibles cambios en la energía interna. en el cual se absorbe o libera una cantidad Q de calor y se realiza trabajo W por o sobre el sistema. Una muestra de gas ideal se expande al doble de su volumen original de 1m3 en un proceso para el cual P = αV2. como se muestra en la figura. En un sistema termodinámico donde se produce un cambio desde un estado inicial i a otro final f.VB) W3 = (1. Calcular el trabajo realizado por el gas durante la expansión. con α = 5atm/m6. . En ese modelo no se incluyeron los cambios de energía interna del sistema. Proceso isotérmico. Un proceso que se realiza a volumen constante.Vi)  Proceso isocórico. Un proceso isotérmico es aquel que se realiza a temperatura constante. la variación de energía interna ΔU es negativa. se realiza tanto transferencia de calor como trabajo y la primera ley de la termodinámica se escribe: ΔU = Q – P (Vf . el volumen aumenta. se obtiene: ΔU = -W En un proceso adiabático. Como la energía interna de un gas es función de la temperatura. Ciclo ideal efectuado por un gas ideal y constituido por una sucesión de procesos reversibles que retornan a su estado inicial.   .W:es positivo cuando el sistema realiza trabajo y negativo cuando se realiza trabajo sobre el sistema. Es un proceso que se realiza a presión constante. o Ciclo irreversible. Un proceso adiabático es aquél que se realiza sin intercambio de calor entre el sistema y el medioambiente. es decir la Uf< Ui y el gas se enfría. En él se tiene información de estado inicial y final sin conocerse el proceso seguido. P 1 3 P 1 3 2 2 V Ciclo reversible Ciclo irreversible V  PROCESOS TERMODINAMICOS. Q = 0. La ecuación anterior también puede escribirse como: dU = dQ – dW  CICLO TERMODINAMICO. entonces en un proceso isotérmico para un gas ideal ΔU = 0 y Q = W. el trabajo es positivo. En un proceso isobárico. la presión disminuye. En estos procesos evidentemente el trabajo es cero y la primera ley de la termodinámica se escribe: ΔU = Q Proceso adiabático. si un gas se expande.  Proceso isobárico. Este puede ser: o Ciclo Reversible. Al aplicar la primera ley de la termodinámica. Ciclo real constituido por un proceso irreversible. Sucesión de procesos termodinámicos tales que parten de un estado inicial y retornan al mismo. es decir. Además. P-T. PVγ. P = cte……. Proceso isobárico..GASES IDEALES El comportamiento de un gas ideal queda definido por la presión. donde: -∞ < γ< ∞ γ= 0. γ=∞. R´= 83143x103 J/Kmol ºK= 8. donde: n: número de moles del gas ideal. Los procesos son lentos que permite ir y regresar al estado inicial que por ser lento se denomina cuasi estático y se define por: PVγ = cte. V-T dan lugar a los procesos de dicho gas. γ= 1. V = cte……… Proceso isocórico.3143x107 Erg/mol ºK = 1. cuyas proyecciones P-V. . la ecuación de estado de los gases ideales se resuelve de la siguiente forma:  Proceso Isobárico.082 lit atm/mol ºK. P Isocora n=∞ Isóbara n=0 m adiab>m isoterma Isoterma n=1 Adiabátiaca n= γ P V Para gases ideales se cumple que: PV = nR´T. R’/M = R:constante particular del gas. P= cte. T).. = cte…. Proceso adiabático. La ecuación de estado de los gases ideales puede expresarse también como: PV = R´T.99cal/molºK =0. m:masa del gas. PV = mRT Para los diferentes procesos. el volumen y la temperatura (P. n= m/M. V. M: masa molecular del gas. γ= γ. Suele representarse en un sistema de coordenadas tridimensional. R´= Constante Universal de los gases. PV = cte…… Proceso isotérmico. P1 P2 T3 T2 T1 V Si se mantiene constante la temperatura. c=(nR´/V) = ∆V/∆T P2 V2 V1 P1 Si se mantiene constante la presión. las T2 T1 presiones de una misma masa de gas son directamente proporcionales a sus temperaturas absolutas.. P Isotermas PV = nR´T = cte PV = cte ….  Proceso Adiabático. los V1 V2 Volúmenes que ocupa una misma masa de gas son inversamente proporcionales a sus presiones  Proceso Isocórico o Isométrico. No existe flujo de calor hacia el sistema o desde el sistema Q=cte. Ley de Boyle Mariotte. Ley Gay Lussae. los T T2 T1 Volúmenes que ocupa una misma masa de gas son directamente proporcionales a sus temperaturas absolutas.  Proceso Isotérmico. Calores específicos de gases y vapores. R = Cp-Cv (R: constante particular del gas). P V3 PV = nR´T P= (nR´/V) T = c T …. Cv: calor específico a volumen constante. Para poder enfriarlo o calentarlo existen dos alternativas una de ellas es mantener el volumen constante o en otro caso la presión constante..  . c=(nR´/V) = ∆P/∆T Líneas Isocóricas V2 P2 P1 V1 T Si el volumen se mantiene constante. El gas ideal es una simplificación del gas real. V= cte. PVγ = cte PVγ = C P = C/Vγ γ = Cp/Cv : coeficiente adiabático Cp: calor específico a presión constante.. T= cte. Ley Gay Lussae.V P3 Líneas Isobáricas PV = nR´T V = (nR´/P) T = c T …. Isotérmico 3.Para cada caso existe un calor específico que modificará su temperatura: V=cte: Q1 = mCv∆t P=cte: Q2 = mCp∆t Cp>Cv R=Cp-Cv γ= Cp/Cv > 1. γ=1. o Para gases monoatómicos: Cv=3/2 R.66. Cv depende del volumen (densidad) y la temperatura. Cuando los gases se encuentran a presiones relativamente bajas Cp y Cv dependen de la temperatura. Isocórico ∆U12 Cvm∆T 0 Cvm∆T Cvm∆T W12 P(V2-V1) = P∆V P1V1ln(V2/V1) P1V1ln(P1/P2) P2V2. Cp=7/2 R. o o o o Cp y Cv son propiedades termodinámicas.40 Cuadro General de los Procesos Termodinámicos Reversibles con Gases Ideales Proceso 1. Isobárico 2.P1V1)/(1-γ) mR∆T /(1-γ) 0 Q12 Cpm∆T P1V1ln(V2/V1) P1V1ln(P1/P2) 0 Cvm∆T . Adiabático 4. o Para gases diatómicos: Cv=5/2 R. o En los líquidos Cp y Cv son aproximadamente iguales y sólo dependen de la temperatura. Cp depende de la presión y la temperatura. γ=1. Cp=5/2 R. 9 g 11. Calcular: a) la temperatura final del sistema. En un recipiente aislado se mezclan 150 g de hielo a 0º C y 600 g de agua a 18º C. usted vierte 50 cm3 de leche refrigerada en su taza que contiene 150 cm3 de café recién preparado con agua hirviendo. R: 0. Uno es 50 gr de cobre a 80º C. alcohol y agua.4 g. 13. 2. se le agregan 40 cm3 de leche que se encuentra a temperatura ambiente. Calcular la temperatura de equilibrio que alcanza la mezcla. calcular su temperatura final. Se le agregan 50 g de alcohol etílico a 50º C y 100 g de agua a 100º C. El otro una muestra de masa de 70 gr a una temperatura de 100º C. b) la cantidad de hielo queda cuando el sistema alcanza el equilibrio. (Desprecie la capacidad calórica de la taza). R: si altura del salto se estima en 25m. Al desayunar. 5. . calcular cuanto hielo queda. Si se vierten 100 g más de agua. ¿A qué altura debe subir? b) Otra persona consume energía a razón de 150 W durante su trabajo. ¿qué cantidad de pan debe ingerir para poder trabajar durante una hora? (Calor de combustión del pan es 8000 cal/g). 9.6º C. Si se agregan 400 cal al cadmio. R: 34. Calcular el calor específico de la sustancia. Calcular la temperatura final de la mezcla. a) Calcular la temperatura final de la mezcla.PROBLEMAS. Deducir de que material se trata la muestra.06º C. b) calcular el calor ganado o perdido por el mercurio. R: 12.3 Se utilizan 2 kcal para calentar 600 gr de una sustancia desconocida de 15º C a 40º C. Todo el sistema se estabiliza a una temperatura final de 20º C. Se acuerdan del problema del Salto del Laja. Un calorímetro de aluminio con una masa 100 gr contiene 250 gr de agua. 1. Un recipiente de aluminio de 300g contiene 200g de agua a 10º C. Un calorímetro de 50 g de cobre contiene 250 g de agua a 20º C. pero a 100º C. Un envase plumavit contiene 200 g de mercurio a 0º C. 3. R: a) 934 m.5 g. 12. (Suponer calor específico de los líquidos igual al del agua y considere un día de primavera). 15. Si no se funde todo el hielo. Luego se agrega a 500 gr de agua en un calorímetro de 75 gr de cobre a una temperatura de 25º C. Se colocan dos bloques de metal en el agua. Calcular la cantidad de vapor que se debe condensar en el agua para que la temperatura del agua llegue a 50º C.13 cal/grºC. 8. Están en equilibrio térmico a 10º C. R: 75º C. b) 64.4 Un trozo de cadmio de 50 gr tiene una temperatura de 20º C. Considere que el 25% de la energía liberada del alimento se aprovecha como trabajo útil.a) Una persona de 80 kg intenta bajar de peso subiendo una montaña para quemar el equivalente a una gran rebanada de un rico pastel de chocolate (700 Cal alimenticias). suponga ahora que el agua en su parte superior tiene una temperatura de 15º C. b) 14. 10. R: a) 0º C. A un vaso aislante del calor (de plumavit) que contiene 200 cm3 de café a la temperatura de 95º C. 6. calcule la temperatura del agua en la base del salto. 7. Si toda su energía potencial se emplea en calentar el agua que cae. calcular la temperatura final de equilibrio del sistema. Calcular la temperatura de equilibrio alcanza esta apetitosa mezcla. Se enfría un bloque de 40 gr de hielo hasta -50º C. a) Dibujar el diagrama presión versus volumen. R: 1418. R: 21739 J. la fricción entre los tambores y las balatas de los frenos convierten la energía cinética del auto en calor. entre esas temperaturas. 14 horas. Un lago contiene cerca de 5x1011 m3 de agua. La temperatura en áreas costeras se ve influenciada considerablemente por el gran calor específico del agua. 17. Si un auto de 1500 kg que viaja a 30 m/s y se detiene. Cuando un conductor frena su auto. 21. Un cubo de hielo de 20 g a 0º C se calienta hasta que 15 g se han convertido en agua a 100º C y el resto en vapor. Calcule este volumen de aire.5 a 15. Un trozo de cobre de 1 kg y a 20º C se sumerge en un recipiente con nitrógeno líquido hirviendo a 77K. El calor específico del aire es aproximadamente 1 kJ/(kg ºC). R: 941 kg. Un estudiante inhala aire a 22º C y lo exhala a 37º C.25 kg/m3. El volumen promedio del aire en una respiración es de 200 cm3.13 representa la variación del volumen y la presión de un gas cuando se expande desde 1 m3 a 6 m3. ¿cuál es el tiempo mínimo en aumentar la temperatura de 1 m3 de agua de 20º C a 60º C? Indique la(s) suposición(es) hecha(s). 66 años. 15. c) Analizar cómo se relaciona la temperatura del gas con su volumen durante este proceso. Vo) al estado (3Po. Calcular el calor necesario para este proceso.0 g. Indicar si es positivo o negativo y comente el significado asociado al signo. Si el colector solar tiene un área de 6 m2 y la potencia entregada por la luz solar es de 550 W/m2. Calcular la cantidad de nitrógeno que se evapora hasta el momento en que el cobre alcanza los 77K. R: Vaire = 3433 Vagua. Suponiendo una colisión perfectamente inelástica y que no hay ninguna perdida de calor hacia la atmósfera.Desprecie la capacidad térmica del plumavit. Suponga que el recipiente está aislado térmicamente. a) ¿Cuánto calor se necesita para elevar la temperatura de ese volumen de agua de 14. Dos balas de plomo. describa el estado final del sistema (las dos balas). R: a) 84. Este cambio ocurre de tal manera que la presión del gas es directamente proporcional al volumen.1º C. ¿cuánto aumenta la temperatura en cada uno de los cuatro tambores de hierro de 8 kg de los frenos? (desprecie la pérdida de energía hacia los alrededores). c) PoV2/n(PM)Vo. R: 645º C. b) 557 cal. a) Calcular el trabajo realizado por el gas durante el proceso. 20. Considere la densidad del aire igual a 1. R: b) 4PoVo. R:47.2 J. R: aprox. 22. 18. 16. 998 cal. Una razón es que el calor liberado cuando un metro cúbico de agua se enfría en 1º C aumentará la temperatura de un volumen enormemente más grande de aire en 1º C. b) analizar lo qué le ocurre a la temperatura durante el proceso. . Ignore la evaporación del agua en el aire y estime la cantidad de calor absorbido en un día por el aire respirado por el estudiante.4º C. donde (PM) es el peso molecular del gas.c/u de 5. 3Vo). La figura 13. 19.75 J por respiración. b) Calcular el trabajo que realiza el gas en este proceso. a 20ºC y moviéndose a 400 m/s chocan de frente. 1560 cal. Un mol de gas ideal se calienta lentamente de modo que pasa del estado (Po. R: b) aprox. R: 3. Un calentador de agua funciona por medio de potencia solar.5º C? b) Calcule el tiempo que se requeriría para calentar el lago. 13. si el calor lo suministra una central eléctrica de 1000MW. 14. Si el volumen final del gas ideal es de 20 lt. 28. Un gas ideal que se encuentra a 1 atm y 0º C. Si T = 300 K. c) la temperatura y presión final.14 El ciclo consta de tres partes: una expansión isotérmica ab. haciendo que el gas se expanda a una temperatura constante de 273K. d) el calor absorbido o cedido. Un gas ideal está encerrado en un cilindro que tiene un émbolo móvil en su parte superior. se expande desde un volumen de 25 lt hasta 80 lt.5 kPa. R: 2. d) 3437. b) -4. R: a) 6.23. 24. una compresión isobárica bc y un aumento de presión a volumen constante ca. 30. en un proceso en el cual P = 0. con a = 2 atm/m6.3 Pa/V2. En el proceso se escapan del gas 400 J de energía calórica.8 atm de un volumen de 9 lt a un volumen de 2 lt.5a/V2. c) el cambio de energía interna que experimenta. 31.1 m3 en un proceso para el cual P = aV2.1x105 J. El calor entregado por el vapor del agua que se enfría lo absorben 10 moles de un gas ideal. como se muestra en la figura 13. Un gas ideal inicialmente a 300 K se expande en forma isobárica a una presión de 2. R: b) 126. b) Calcular el trabajo realizado por el gas durante la expansión.5J. c) presión: 63. c) 0 J. Calcular: a) su volumen inicial. manteniendo la presión del gas constante. libre de moverse. b) la temperatura del gas. R: a) 7500 J. R: a) 7.9 litros. de masa 8 kg y área de 5 cm2. Pa = 5 atm. calcular el trabajo realizado por el gas durante el ciclo. Una muestra de gas ideal se expande al doble de su volumen inicial de 0. d) 3000 J. Calcular el trabajo realizado por el gas cuando: a) se expande a una presión constante hasta el doble de su volumen inicial y b) se comprime a presión constante hasta un cuarto de su volumen inicial. 25. 27.6 lt. 26. Calcular: b) la constante a en el SI. d) el trabajo realizado en la expansión. Si el volumen aumenta de 1 m3 a 3 m3 y se agregan 12500 J de calor al sistema. a) Bosquejar un gráfico en un diagrama PV. Pb = Pc = 1 atm. indicando si aumenta o disminuye. 29. b) 304 K. calcular: a) el cambio de energía interna. Un mol de vapor de agua a 373K se enfría a 283 K. Se comprime un gas a presión constante de 0. R: 4698 J. b) su temperatura final.6 Pa/m3. a) Bosquejar un gráfico en un diagrama PV. determine su volumen inicial. Calcular el trabajo si la temperatura de 2 moles de gas aumenta de 20º a 300º C. . b) 900 K.6x105 J. Un mol de gas ideal realiza 3000 J de trabajo mientras se expande isotérmicamente hasta una presión final de 1 atm y un volumen de 25 litros. Una muestra de gas ideal de un mol se lleva a través de un proceso termodinámico cíclico. Un gas está a una presión de 1.5 atm y a un volumen de 4 m3. .7 lt.5 J. al doble de su volumen original (figura 13.7 J. a) Calcular el calor neto transferido al sistema durante el ciclo completo.4 lt = VB. b) el calor que se le entregó al gas. c) la variación de energía interna del gas. R: a) VA = 16. de 400 K.15. 39. b) 37. R: a) 3 moles. Un mol gas ideal monoatómico se somete al ciclo ABC mostrado en la figura 13. 38. 32. d) la razón de presiones Pb/Pa.16. b) la capacidad calórica a volumen constante. R: 75 J. 33. WTOTAL = 2355. el calor absorbido o cedido. calor y variación de energía interna.4 J/K. b) -6000 J.Calcular: a) el trabajo realizado por el gas. VC = 43.5 atm y TB = TC = 800 K. el cambio de energía interna del gas. Calcular: a) el trabajo que realizó el gas. Un mol de gas ideal monoatómico se lleva por un proceso isotérmico. indicando los valores de las variables de estado al comienzo y final de cada proceso. WBC = 6504 J. Si PA = 1. ¿cuál es el calor neto transferido por ciclo? R: a) 6000 J. b) WAB = 0. c) Averiguar para el ciclo completo qué ocurre con U. Calcular el cambio de energía interna de 3 moles de helio cuando su temperatura aumenta en 2 K. R: a) -567 J. c) 13100 J. WCA = 4148. Un gas se lleva a través de un proceso cíclico como el de la figura 13.3 J/molK. b) Si el ciclo se invierte. calcular los nuevos valores de trabajo. Suponga que ahora se realiza un proceso (de a a c) a volumen constante para reducir la presión inicial Pa a Pb. La capacidad calórica de un gas monoatómico a presión constante es 62. b) 167 J. 37. W y Q. a) identificar las características de cada proceso que compone el ciclo y dibujar el diagrama PV que le corresponde. Calcular: a) el número de moles del gas. b) el cambio de energía interna del gas.14). b) Calcular para cada proceso el trabajo hecho por el gas. c) la energía interna del gas a 350K. determinar a) en que factor cambia el volumen. sin que pueda convertirse en energía mecánica. Un mol de hidrógeno se calienta a presión constante de 0 a 100º C. 43. Si la temperatura inicial del gas dentro del globo era de 27º C. b) adiabático. Calcular: b) la cantidad de calor que se le entrego al gas durante todo el proceso. d) el trabajo total realizado durante el proceso. Si la temperatura final es un tercio de la inicial. ocupan un volumen de 10 lt. Aún con el progreso de los diseños de la ingeniería. e) el volumen final del gas. R: a) 15. b) las temperaturas inicial y final del gas. luego se expande en forma adiabática hasta que regresa a su temperatura inicial. Calcular: a) la presión final del gas. se transfieren 210J de calor a un mol de un gas ideal monoatómico inicialmente a 27º C. b) 0. Un mol de gas ideal monoatómico (γ=1. R: a) 1. El gas experimenta una expansión a presión constante hasta un volumen de 20 lt. una fracción apreciable del calor absorbido se sigue descargando en el escape de una máquina a baja temperatura. Un gas ideal (γ=1. Calcular el trabajo que se requiere para comprimir a 1/10 de su volumen inicial. a) graficar el proceso en un diagrama PV. 41. b) el trabajo realizado por el gas. Durante el tiempo de compresión de un motor de bencina. 44.4) se expanden adiabáticamente desde una presión de 5 atm y un volumen de 12 lt a un volumen final de 30 lt. Un globo sonda meteorológico expande su volumen al ascender en la atmósfera.40. Esta ley expresa así mismo que: . c) el trabajo realizado por el gas. c) la temperatura final del gas. b) en que factor cambia la presión. Sin embargo. Tres moles de gas argón inicialmente a la temperatura de 20º C. Calcular: a) el aumento de energía interna.4. 42. En un proceso a volumen constante. Calcular: a) el calor transferido al gas.4) se expande adiabáticamente. 2. SEGUNDA LEY DE LA TERMODINAMICA Las primeras máquinas térmicas construidas. b) 365. b) el aumento de energía interna. con γ =1.4) inicialmente a 27º C y a la presión de 1 atm se comprime adiabáticamente a un cuarto de su volumen inicial.5Vi. 5 moles de aire a 20º C y 1 atm de presión por un proceso: a) isotérmico. La segunda ley de la termodinámica será determinante para afirmar la validez de un proceso termodinámico cualquiera para producir un trabajo efectivo. fueron dispositivos muy eficientes. Dos moles de un gas ideal (γ=1. c) el cambio total en la energía interna del gas. 46. Calcular la presión y la temperatura final del gas.6. 45. Calcular el volumen y la temperatura final del gas. Suponiendo que el proceso es adiabático y el gas ideal. sólo una pequeña fracción del calor absorbido de la fuente de la alta temperatura se podía convertir en trabajo útil. 47.1 K.0214. la presión aumenta de 1 a 20 atm. c) Calcular las presiones finales en los dos casos.3Ti. 48. 256.8 K.4 atm. R: 8. QB.) 3. b. Su temperatura es menor que el de la fuente (condensadores. Foco Térmico. etc. hornos. El Ciclo Clausius-Rankine: Constituido por 2 isobaras y 2 isoentrópicas. cuando una parte de un sistema cerrado interacciona con otra parte. la energía tiende a dividirse por igual. calderos. 1. Foco térmico que transfiere calor a la máquina térmica (generadores. El Ciclo Joule-Brayton: Constituido por 2 isoentrópicas y 2 isobaras.). etc. 4. c. hasta que el sistema alcanza un equilibrio térmico. El Ciclo de Carnot: Constituido por 2 isotermas y 2 adiabáticas. radiadores). 2. WN: Trabajo neto producido por la máquina térmica (En el caso de un refrigerador W N es el trabajo necesario externo para producir calor) . Máquina Térmica. Foco térmico en el cual se desfoga calor previamente utilizado. donde: QA: Calor entregado por la fuente. CONCEPTOS PREVIOS. Los ciclos de potencia son: a. Fuente. ciclo de potencia.La cantidad de entropía de cualquier sistema aislado termodinámicamente tiende a incrementarse con el tiempo. Más sencillamente. Sumidero. Dispositivo que para su operación continua requiere de una fuente y un sumidero y transforma la energía calorífica en energía mecánica. También se le denomina máquina de potencia y a su ciclo. turbinas. Sistema de masa inmensamente grande al cual se le puede sustraer o entregar calor sin que su temperatura experimente cambios notables. QB: Calor entregado al sumidero. (motores. La segunda ley de la termodinámica establece que: WN = QA . y la conversión de toda esta energía en forma de calor en energía en forma de trabajo». Este enunciado implica que no podemos producir trabajo mecánico sacando calor de un solo depósito.T QB SUMIDERO TB TA > TB QA > QB  Eficiencia de una máquina térmica. necesitando de un trabajo externo. 5. .ESQUEMATIZACION DE UNA MAQUINA TERMICA. Se calcula como: η= = =1- Enunciado de Kelvin-Planck: «Es imposible todo proceso cíclico cuyo único resultado sea la absorción de energía en forma de calor procedente de un foco térmico (o reservorio o depósito térmico). sin devolver ninguna cantidad de calor a un depósito que esté a una temperatura más baja. Mide la relación entre el trabajo neto producido por la máquina térmica y el calor entregado por la fuente. es decir el calor invertido en su funcionamiento. Es aquella que transfiere calor de un foco de baja temperatura hacia otro de mayor temperatura. Máquina refrigeradora. WN FUENTE TA QA M. Este enunciado implica que para transmitir calor continuamente de un objeto frío a un objeto caliente. Es decir. Por nuestra experiencia sabemos que cuando dos cuerpos se encuentran en contacto fluye calor del cuerpo caliente al cuerpo frío. Relación entre el calor transferido por la fuente y el trabajo neto que se invierte. Se calcula como: COPMR = = Enunciado de Clausius: «Es imposible un proceso cuyo único resultado sea la transferencia de energía en forma de calor de un cuerpo de menor temperatura a otro de mayor temperatura». QA SUMIDERO TA M.Es imposible construir una máquina térmica cíclica que transforme calor en trabajo sin aumentar la energía termodinámica del ambiente. . Debido a esto podemos concluir que el rendimiento energético de una máquina térmica cíclica que convierte calor en trabajo siempre será menor a la unidad y ésta estará más próxima a la unidad cuanto mayor sea el rendimiento energético de la misma. La dirección se puede invertir solamente por medio de gasto de un trabajo. la segunda ley elimina la posibilidad de que la energía fluya del cuerpo frío al cuerpo caliente en forma espontánea. cuanto mayor sea el rendimiento energético de una máquina térmica. Otra interpretación. y viceversa.ESQUEMATIZACION DE UNA MAQUINA REFRIGERADORA. EJEMPLOS. menor será el impacto en el ambiente. En este caso. es necesario proporcionar trabajo de un agente exterior.R WN TA < TB QA < QB QB FUENTE TB  Coeficiente de performance de una máquina refrigeradora.