Termodinamica.Máquina térmica

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es nula, por describir un ciclo).

En definitiva, con este enunciado lo que queremos indicar es que el rendimiento de una máquina térmica nunca puede ser la unidad o el 100%.

ENUNCIADO DE KELVIN-PLANCK

*El enunciado de Clausius: Es imposible construir un dispositivo que funcione en un ciclo y no produzca otro efecto que la transferencia de calor de un cuerpo mas frío a otro mas caliente. Niega este enunciado la posibilidad de que un dispositivo

Frigorífico funcione mediante un ciclo con el exclusivo resultado de absorber calor desde un foco frío y cederlo a un foco caliente. Para poder realizar este transvase de calor es necesario un trabajo exterior adicional.

El rendimiento de una máquina frigorífica como la del diagrama se evalúa como el cociente entre el calor absorbido desde el foco frío y el trabajo realizado contra el sistema.

Rendimiento:

(La variación de energía interna de la máquina es nula, por describir un ciclo).

En definitiva, con este enunciado lo que queremos indicar es que el rendimiento de una máquina frigorífica nunca puede ser infinito.

ENUNCIADO DE CLAUSIUS

Procesos Reversibles

En este desarrollo, la idea de un proceso totalmente reversible es central, y podemos definirla así; ``un proceso se llama totalmente reversible si, después de que haya ocurrido el proceso, tanto el sistema como sus alrededores se puede restaurar completamente por cualquier medio a sus estados iniciales respectivos’’ Especialmente, se debe notar que esta definición no especifica que la trayectoria de

Reversa debe ser idéntica con la trayectoria de ida del proceso. Si el estado inicial se puede restaurar por cualesquier medio, el proceso es por definición completamente reversible. Si las trayectorias son idénticas, entonces comúnmente llamamos al proceso del sistema reversible, o uno puede decir que el estado del sistema sigue una trayectoria reversible. En esta trayectoria, entre dos estados de equilibrio 1 y 2, el sistema pasa a través de la trayectoria seguida de estos de equilibrio solamente, y el sistema tomará la trayectoria en reversa de 2 a 1 por una simple realización de trabajo y una simple adición de calor (en reversa a lo ocurrido anteriormente)

Los procesos reversibles son idealizaciones y no se encuentran realmente. Sin embargo, son claramente idealizaciones útiles. Para que un proceso pueda ser totalmente reversible, es necesario que sea cuasi estático y que no haya disipación de la energía como fricción, expansión irrestricta (gas separado de un vacío por una membrana), transferencia de calor a través de una diferencia de temperatura finita y mezcla de dos sustancias diferentes El criterio si un proceso es totalmente reversible se debe basar en los estados iniciales y finales. En la forma en que se presentó anteriormente, La Segunda Ley, suministra una relación entre las propiedades que definen los dos estados, de tal modo que muestra si es posible un proceso natural que conecta los estados.

El Ciclo de Carnot

Se define ciclo de Carnot como un proceso cíclico reversible que utiliza un gas perfecto, y que consta de dos transformaciones isotérmicas y dos adiabáticas, tal como se muestra en la figura 2.

La representación gráfica del ciclo de Carnot en un diagrama p-V es el siguiente

Tramo A-B isoterma a la temperatura T1

Tramo B-C adiabática

Tramo C-D isoterma a la temperatura T2

Tramo D-A adiabática

En cualquier ciclo, tenemos que obtener a partir de los datos iniciales:

*La presión, volumen de cada uno de los vértices.

*El trabajo, el calor y la variación de energía interna en cada una de los procesos.

*El trabajo total, el calor absorbido, el calor cedido, y el rendimiento del ciclo.

*Los datos iniciales son los que figuran en la tabla adjunta. A partir de estos datos, hemos de rellenar los huecos de la tabla.

Variables A B C D

Presión p (atm) pA

Volumen v (litros) vA vB

Temperatura T (K) T1 T1 T2 T2

Las etapas del ciclo

Para obtener las variables y magnitudes desconocidas emplearemos las fórmulas que figuran en el cuadro-resumen de las transformaciones termodinámicas.

Transformación A->B (isoterma)

La presión pB se calcula a partir de la ecuación del gas ideal

Variación de energía interna

Trabajo

Calor

Transformación B->C (adiabática)

La ecuación de estado adiabática es o bien, .Se despeja vc de la ecuación de la adiabática . Conocido vc y T2 se obtiene pc, a partir de la ecuación del gas ideal. .

Calor

Variación de energía interna

Trabajo

Transformación C->D (isoterma)

Variación de energía interna

Trabajo

Calor

Transformación D-> A (adiabática)

Se despeja vD de la ecuación de la adiabática . Conocido vD y T2 se obtiene pD, a partir de la ecuación del gas ideal. .

Calor

Variación de energía interna

Trabajo

El ciclo completo

Variación de energía interna

En un proceso cíclico reversible la variación de energía