RELACION ENTRE LA PRIMERA Y SEGUNDA LEY DE LA TERMODINAMICA La primera ley dice que la energía siempre se conserva. Específicamente para la termodinámica, que la suma de calor y trabajo en un sistema aislado se conserva. En calidad de ejemplo, significa, que si quieres ganar trabajo de una maquina la tienes que alimentar con energía de algún tipo por ejemplo calor, si te quieres mantener en el marco de la termodinámica, pero este calor puede resultar de energía química, nuclear etc. Mientras que la segunda ley te dice que no toda la energía térmica que entra, sale como trabajo. Parte se va a perder como calor y la otra se puede reutilizar.
ENUNCIADO DE CLAUSIUS Y KELVIN PLANK Enunciado de Clausius: Resulta deseable construir un refrigerador que pueda realizar su proceso con el mínimo de trabajo. Si se pudiera construir uno donde el proceso de refrigeración se realice sin ningún trabajo, se tendría un refrigerador perfecto. Esto es imposible, porque se violaría la segunda ley de la termodinámica, que es el enunciado de Clausius de la segunda ley (Rudolf Clausius, alemán 1822-1888): “Es imposible construir una máquina cíclica, que no tenga otro efecto que transferir calor continuamente de un cuerpo hacia otro, que se encuentre a una temperatura más elevada”. En términos sencillos, el calor no puede fluir espontáneamente de un objeto frío a otro cálido. Este enunciado de la segunda ley establece la dirección del flujo de calor entre dos objetos a diferentes temperaturas. El calor sólo fluirá del cuerpo más frío al más cálido si se hace trabajo sobre el sistema. Enunciado de Kelvin-Planck: No es posible ninguna transformación cíclica que transforme íntegramente el calor absorbido en trabajo. Este enunciado implica que la cantidad de energía que no ha podido ser transformada en trabajo debe cederse en forma de calor a otro foco térmico, es decir, una máquina debe trabajar al menos entre dos focos térmicos. El esquema más sencillo de funcionamiento es entonces el siguiente:
1. Absorbe una cantidad de calor Q1 de un foco caliente a una temperatura T1 2. Produce una cantidad de trabajo W 3. Cede una cantidad de calor Q2 a un foco frío a una temperatura T2 Como la máquina debe trabajar en ciclos, la variación de energía interna es nula. Aplicando el Primer Principio el trabajo producido se puede expresar:
En general, se define Potencia (P) como el trabajo dividido por el tiempo, en caso de las máquinas corresponde entonces al trabajo producido en un segundo. En el S.I. de Unidades se mide en Watios (J/s)
MAQUINAS TERMICAS Una máquina térmica es un dispositivo cuyo objetivo es convertir calor en trabajo. Para ello utiliza de una sustancia de trabajo (vapor de agua, aire, gasolina) que realiza una serie de transformaciones termodinámicas de forma cíclica, para que la máquina pueda funcionar de forma continua. A través de dichas transformaciones la sustancia absorbe calor (normalmente, de un foco térmico) que transforma en trabajo. El desarrollo de la Termodinámica y más en concreto del Segundo Principio vino motivado por la necesidad de aumentar la cantidad de trabajo producido para una determinada cantidad de calor absorbido Una máquina térmica es un dispositivo que realiza un trabajo mediante un proceso de paso de energía desde un foco caliente hasta un foco frio.
Las máquinas térmicas o motores térmicos aprovechan una fuente de energía para realizar un trabajo mecánico. La energía transferida como calor a la máquina no puede a su vez ser transferida íntegramente por esta como trabajo: una parte de la energía debe ser transferida como calor. Por ello las máquinas térmicas constan de dos partes: o o
Un foco caliente, que cede energía a la máquina mediante calor. Un foco frío, que recibe energía de le máquina también mediante calor.
Motor de reacción: También llamado turbina de gas. Es una máquina térmica de mayor potencia que el motor de explosión. Los gases generados continuamente al quemar un combustible son expulsados hacia atrás por una tobera impulsando el vehículo hacia delante.se utilizan en aviación, para conseguir una mayor velocidad.
Motores de explosión: Se utilizan en los automóviles. Aprovechan la energía generada en la combustión de una mezcla de aire con gasolina para mover un pistón. El trabajo mecánico del movimiento del pistón de aprovecha para el desplazamiento del vehículo.
BOMBAS DE CALOR Y REFRIGERADORES Los refrigeradores y las bombas de calor funcionan a la inversa. Esto es: absorbe calor de un depósito a temperatura baja y libera calor a un depósito a mayor temperatura. Para lograrlo debe hacerse un trabajo W sobre el sistema.
