Física

2 Ley de termodinámica


Entre las dos leyes de la termodinámica, la segunda es la que tiene una mayor aplicación en la construcción y el uso de máquinas en la industria, ya que se ocupa directamente del rendimiento de las máquinas térmicas.

Dos declaraciones aparentemente diferentes ilustran la segunda ley de la termodinámica, la Declaraciones de Clausius y Kelvin-Planck:

  • Declaración de Clausius:

El calor no puede fluir espontáneamente de un cuerpo de temperatura más baja a otro cuerpo de temperatura más alta.

Como consecuencia, la dirección natural del flujo de calor es de la temperatura más alta a la más baja, y para que el flujo se revierta es necesario que un agente externo trabaje en este sistema.

  • Declaración de Kelvin-Planck:

Es imposible construir una máquina que, operando en un ciclo termodinámico, convierta toda la cantidad de calor recibida en trabajo.

Esta declaración implica que no es posible que un dispositivo térmico tenga una eficiencia del 100%, es decir, por pequeño que sea, siempre hay una cantidad de calor que no se convierte en un trabajo efectivo.

Máquinas térmicas

Las máquinas térmicas fueron los primeros dispositivos mecánicos que se utilizaron ampliamente en la industria alrededor del siglo XVIII. En la forma más temprana, el calentamiento se usaba para convertir el agua en vapor, capaz de mover un pistón, que a su vez movía un eje que hacía que la energía mecánica fuera utilizable para las industrias de la época.

Llamamos a una máquina térmica el dispositivo que, usando dos fuentes térmicas, hace que la energía térmica se convierta en energía mecánica (trabajo).

La fuente de calor proporciona una cantidad de calor. que en el dispositivo se convierte en trabajo más una cantidad de calor que no puede usarse como trabajo .

Por lo tanto, es válido que:

El valor absoluto de la cantidad de calor se usa porque, en una máquina que tiene como objetivo enfriar, por ejemplo, estos valores serán negativos.

En este caso, el flujo de calor pasa de la temperatura más baja a la más alta. Pero de acuerdo con la segunda ley de la termodinámica, este flujo no ocurre espontáneamente, por lo que es necesario tener un trabajo externo, como este: