Segunda Ley de la Termodinámica

Transcripción

1 Segunda Ley de la Termodinámica

2 Objetivos Estar conciente de la variedad de enunciados de la segunda ley de la termodinámica Entender las limitaciones impuestas en la definición de la Desigualdad de Clausius en la aplicación del concepto de entropía Disociar el concepto de entropía con desorden, y entenderlo más como una disipación o pérdida de energía Tener la idea que la tercera ley es una ley límite

3 Conceptos importantes Modelo de gas ideal y gas real, propiedades críticas PV = nrt (P +an 2 /V 2 )(V-nb) = RT Primera función de estado: Energía interna U = 1/2 f k T Primera Ley: conservación de la energía - calor, calor específico a V y P ctes., entalpía - trabajo de compresión y expansión

4 Disolución de la pirita (y drenaje minero ácido)

5 Disolución de la pirita (y drenaje minero ácido) ΔHºrx =1450 kj ΔHºrx =2900 kj ΔHºrx =21 kj

6 Con nuestros conocimientos actuales, podemos: - determinar si cada reacción está en equilibrio o desequilibrio? - determinar si dichas reacciones ocurren espontáneamente en condiciones estándar? - determinar cuál de las 3 reacciones es más probable que ocurra en la naturaleza?

7 Segunda Ley de la Termodinámica Necesitamos una nueva herramienta que nos permita evaluar la DIRECCIONALIDAD o ESPONTANEIDAD de los procesos energéticos o

8 Segunda Ley de la Termodinámica: Enunciado I Un enfoque macroscópico, asociado a las máquinas térmicas y los comienzos de la Revolución Industrial caso A caso B es posible? es posible?

9 Segunda Ley de la Termodinámica: Enunciado I Un enfoque macroscópico, asociado a las máquinas térmicas y los comienzos de la Revolución Industrial Es imposible para un sistema, operando en un ciclo y conectado a solo una fuente térmica, generar trabajo sobre el ambiente

10 Segunda Ley de la Termodinámica: Enunciado II Un enunciado complementario al Enunciado I... en condiciones reales, es posible transformar la TOTALIDAD del calor emitido por este reservorio geotérmico en trabajo? 100% de eficiencia?

11 Segunda Ley de la Termodinámica: Enunciado II Un enunciado complementario al Enunciado I, que derriba el mito de la máquina 100% eficiente... El calor no puede ser extraido de un determinado cuerpo y ser transformado enteramente en trabajo situación ideal situación real W=Wmáximo, reversible W <Wmáximo, irreversible

12 Segunda Ley de la Termodinámica: Enunciado III Un enfoque microscópico, derivado de la Termodinámica Estadística... Cuando un sistema evoluciona en libertad cambiará, generalmente, hacia una condición de máxima probabilidad

13 Segunda Ley de la Termodinámica: Enunciado IV Un enfoque mixto (macro-micro), ya que expresa el cambio macroscopico de un sistema y tiene sustentación estadística Cualquier proceso natural (irreversible) se efectúa con un aumento de entropía Debemos definir una nueva función de estado llamada entropía (S), que mide la energía que se ha perdido o disipado del sistema (de un punto estadístico es una medida del desorden o la máxima probabilidad del sistema)

14 Desigualdad de Clausius Lo más cercano a una ecuación que define la Segunda Ley Válida para sistemas cerrados o aislados La entropía tiende a un máximo

15 Procesos...naturales, irreversibles donde es fácil y evidente de aplicar la desigualdad de Clausius S1 S2 ΔS>dQ/T

16 Procesos...naturales, irreversibles donde es fácil y evidente de aplicar la desigualdad de Clausius

17 Procesos...naturales, irreversibles donde es fácil y evidente de aplicar la desigualdad de Clausius

18 Procesos...naturales, irreversibles donde no es tan evidente de aplicar la desigualdad de Clausius o la segunda ley

19 Procesos...naturales, irreversibles donde no es tan evidente de aplicar la desigualdad de Clausius S disminuye ΔS sistema <Q/T ΔS ΩΩ =ΔS sistema +ΔS ambiente

20 Procesos...naturales, irreversibles donde no es tan evidente de aplicar la desigualdad de Clausius ΔS sistema <Q/T ΔS ΩΩ =ΔS sistema +ΔS ambiente > 0

21 Conclusiones... En sistema cerrados (y aislados), la entropía NUNCA disminuye (ds 0) En sistema abiertos, la entropía puede disminuir localmente, debe esta disminución se ve compensada por un aumento de la entropía o desorden en el ambiente, de tal manera que la entropía del ΩΩ se mantenga constante o aumente

22 Variaciones de entropía S = S (T, V)

23 Variaciones de entropía S = S (T, V) S = S (T, P)

24 El gradiente de temperatura en el manto El gradiente de T de los fluidos en convección puede considerarse con adiabático El manto terrestre puede ser considerado como adiabático (aislado, dq=0) Podemos estimar el gradiente geotérmico del manto usando la Segunda Ley, sin necesidad de acudir a modelos sofisticados de conducción del calor por covección

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27 dq=0, ds=0 en sistemas aislados ds=0 dt/dz~ ºc/km

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