Segunda Ley de la Termodinámica

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Preparatoria Abierta Ciencias Note on Segunda Ley de la Termodinámica, created by Virginia León on 03/02/2015.

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Tanto la ley cero de la termodinámica como la primera ley de la termodinámica son muy generales y, aunque absolutamente ciertas y exactas, no explican muchas realidades que se observan siempre. Tales realidades, están contenidas en la segunda ley de la termodinámica, una ley hecha sin violar las dos anteriores.

Dirección en la que fluye el calor

De la segunda ley se deriva que, en un proceso natural, el calor se transfiere siempre de un cuerpo con mayor temperatura a uno con menor temperatura y nunca al contrario. Si quisiéramos realizar lo contrario sería mediante un proceso artificial, con la intervención de un trabajo.

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Pérdidas de Energía

En la primera ley, no eran tomadas en cuenta las pérdidas de energía que tienen lugar en los procesos termodinámicos. Tal pérdida es el resultado de la ley cero de la termodinámica y de los tres tipos de transferencia de calor que existen (conducción, convección o radiación). Primeramente, sean dos o más cuerpos a diferentes temperatura, puestos en contacto o a cierta distancia, pasado cierto tiempo, alcanzan el equilibrio térmico, ya sea por conducción, convección o radiación.Supongamos un solo cuerpo que sea sometido a una determinada temperatura. Al inicio una parte se calienta primero (la que está sometida inicialmente a mayor temperatura), con el tiempo, el cuerpo entero alcanza el equilibrio térmico, por conducción en su interior. Esto hace que como el cuerpo tiene contacto con su medio ambiente, durante el tiempo de conducción, tienen lugar transferencia de calor por radiación y convección del cuerpo en cuestión, hacia el medio que lo rodea.Si este cuerpo es una maquina térmica, realizará trabajo para el que está diseñado, la pérdida de energía es el calor que se escapó, cediéndoselo a su medio ambiente durante la convección y radiación expuestas anteriormente.Las pérdidas de energía también se deben a la fricción de los materiales en movimiento relativo.El sistema puede moverse aumentando su volumen, realizando un trabajo sobre el medio ambiente y recibiendo calor de este; o recibiendo cierta cantidad de trabajo de parte del medio que lo rodea contrayéndose y cediéndole calor a este.

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Depósito de alta y baja temperatura

En los depósitos de alta y baja temperatura es considerado el medio ambiente que rodea el sistema. Las pérdidas de energía tienen lugar en el depósito de baja temperatura. El sistema es el que está aislado, siendo un trozo de masa solida, gaseosa o liquida, contenida en un volumen cualquiera y rodeado por el medio, separado de este por su superficie o frontera.El calor que realiza trabajo útil es igual a la diferencia entre el calor total cedido al sistema por el depósito de alta temperatura menos el calor cedido por el sistema al depósito de baja temperatura.De esta manera: W= Q – q, en que Q es calor total, q es calor que se pierde o cedido por el sistema hacia el depósito de baja temperatura, y W es trabajo útil.Esto trae como resultado de acuerdo a la segunda ley, que la eficiencia de cualquier dispositivo o máquina nunca podrá alcanzar el 100%, pues seria una máquina perfecta y perpetua... algo que nunca se ha observado.

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Máquina de Calor

En la vida práctica el sistema puede ser una máquina con un dispositivo llamado turbina. Esta recibe calor mediante el suministro de vapor a altas temperatura de un inyector conectado a una caldera, realiza trabajo al mover el eje de un generador, produce electricidad y parte del calor lo cede como agua condensada muy caliente (por un lado) y otra parte por convección y radiación al medio exterior, que es parte del medio ambiente y llamado tambien deposito de baja tempeatura.La caldera y el inyector seria el depósito de alta temperatura y el de baja seria el que recibe el calor de la máquina. Asi en una máquina real, Q es calor de alta o total, q es calor de baja, y w es trabajo realizado.Si hacemos: Q = U2- U1+ W es la primera ley, pues la energía total no se ha perdido: se conserva. Hay que tener en cuenta que, en la fórmula, Q (calor cedido al sistema), U2 – U1 (variación de la energía interna) y W (trabajo realizado por la máquina) serian para una máquina ideal.Para la maquina real, no todo el calor recibido llega a realizar un trabajo útil, las pérdidas de calor que obedecen a q(calor hacia el depósito de baja temperatura) es energía que no produce trabajo, y se pierde.

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