SEGUNDO PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA

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Alberto González Arroyo
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1 SEGUNDO PRINCIPIO DE L ERMODINÁMIC UNIDD 3: 2 PRINCIPIO Muas osas ourren espontáneamente y otras no. De la observaión de los suesos otidianos puede deduirse ue los proesos espontáneos ourren en la direión donde no se reuiere realizar trabajo sobre el sistema. Ejemplos: Enriamiento de uerpo aliente p d Expansión de un gas omprimido Sin embargo, es posible oninar un gas en reipiente, o enriar un uerpo en una eladera, pero ninguno de esos proesos son espontáneos y se reuiere realizar trabajo sobre el sistema para ue se produzan. FISICOQUIMIC I - Fy - UNSE Dr. Claudio D. orsarelli - 1 -

2 SEGUNDO PRINCIPIO DE L ERMODINÁMIC UNIDD 3: 2 PRINCIPIO El segundo prinipio establee ue no es posible ningún proeso ue solo involure absorión de alor desde un reservorio para su ompleta onversión de trabajo. FLUJO DE CLOR FUENE CLIENE RJO Esta máuina es imposible ue unione on un 100% de eiienia. Sin embargo el proeso no ontradie el primer prinipio de la termodinámia (onservaión de la energía, U + w) QUIN FISICOQUIMIC I - Fy - UNSE Dr. Claudio D. orsarelli - 2 -

3 DIRECCION DEL CMIO ESPONNEO El 1 Prinipio establee ue la energía total de un sistema aislado se onserva. UNIDD 3: 2 PRINCIPIO Si ay disminuión de energía en el sistema, la misma antidad es ganada por el medio ambiente ue lo rodea la energía total se onserva. M.. Pared diatérmia Sistema Entones, uando ourre un ambio espontáneo en un sistema aislado la energía total se mantiene onstante, pero su distribuión entre el sistema y su medio ambiente es dierente. FISICOQUIMIC I - Fy - UNSE Dr. Claudio D. orsarelli - 3 -

4 L DISPERSION DE L ENERGI UNIDD 3: 2 PRINCIPIO Piso alor En ada piue de la pelota en el suelo, parte de la energía de la pelota se trasmite a las moléulas del piso omo energía térmia. Después de ada piue la energía ontenida en la pelota va disminuyendo asta eder totalmente su ontenido energétio y alanzar la posiión de reposo (E 0). Este proeso es totalmente natural y espontáneo. El proeso inverso, o sea ue la pelota absorba alor del piso y omiene a piar y en ada rebote la pelota alane mayor altura no ourre espontáneamente. FISICOQUIMIC I - Fy - UNSE Dr. Claudio D. orsarelli - 4 -

5 L DISPERSION DE L ENERGI UNIDD 3: 2 PRINCIPIO Pelota en reposo sobre el piso. Las moléulas se enuentran en movimiento térmio aótio (desordenado). Las vibraiones moleulares no produen un desplazamiento promedio del entro de masa moleular. Salto espontáneo de la pelota. Reuiere ue las vibraiones moleulares ourran en el misma direión en el mismo instante, para produir un desplazamiento ordenado del entro de masa moleular. MUY IMPROLE FISICOQUIMIC I - Fy - UNSE Dr. Claudio D. orsarelli - 5 -

6 ENROPI, S UNIDD 3: 2 PRINCIPIO La entropía, S, es también una unión de estado, omo U y H. Es una medida del desorden moleular del sistema y puede utilizarse omo medida de la ourrenia de proesos espontáneos. Según este onepto la 2da Ley de la termodinámia se puede deinir omo: Cuando ourre un ambio espontáneo, la entropía de un sistema aislado aumenta S tot > 0 Como el desorden moleular esta relaionado on la energía dispersada en orma de alor, termodinámiamente se deine al ambio de entropía omo: d S i d FISICOQUIMIC I - Fy - UNSE Dr. Claudio D. orsarelli - 6 -

7 S en la expansión isotérmia de un gas ideal UNIDD 3: 2 PRINCIPIO Como S es una unión de estado, puedo suponer ue el proeso es ersible: U + w Si te U 0, luego: S S w 1 i nr i nr i d FISICOQUIMIC I - Fy - UNSE Dr. Claudio D. orsarelli - 7 -

8 S en el medio ambiente UNIDD 3: 2 PRINCIPIO i si M.., te d Sistema i d te S si, d te U (porue U,, ir es union de estado) Independientemente de la orma en ue se transiera alor al el ambio de entropía en el medio ambiente es simplemente el oiente entre el alor transerido y la temperatura del. FISICOQUIMIC I - Fy - UNSE Dr. Claudio D. orsarelli - 8 -

9 La entropía omo unión de estado: el Cilo de Carnot UNIDD 3: 2 PRINCIPIO p 4 D adiabátias C isotermas Para probar ue S es unión de estado, ay ue demostrar ue: d 0 Considere el ilo termodinámio ersible de la igura (Cilo de Carnot): Etapa 1: Expansión isotérmia a S 1 Este alor es positivo (entra desde el, -w ) Etapa 2: Expansión adiabátia S2 0 ( 0) FISICOQUIMIC I - Fy I - Fy - UNSE - UNSE Dr. Claudio D. Dr. orsarelli Claudio D. orsarelli

10 UNIDD 3: 2 PRINCIPIO Etapa 3: Compresión isotérmia a S 3 Este alor es negativo (sale del sistema, - w ) Etapa 4: Compresión adiabátia S4 0 ( 0) S 1 + S El ambio total de entropía del ilo es: Esto implia ue el oiente entre las temperaturas de las uentes aliente y ría es la relaión del alor transerido en el ilo FISICOQUIMIC I - Fy - UNSE Dr. Claudio D. orsarelli

11 Cilo de Carnot para un gas ideal C D nr nr Para las etapas isotérmias, para un gas ideal vale: luego : y C D Para las etapas adiabátias, para un gas ideal vale: C D C D entones :, luego nr 0 + nr nr nr UNIDD 3: 2 PRINCIPIO FISICOQUIMIC I - Fy - UNSE Dr. Claudio D. orsarelli Esto demuestra ue la entropía también es una unión de estado

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