Termodinámica: Segunda Ley de la Termodinámica

¿A qué se refieren los enunciados de la segunda ley de la termodinámica (Clausius y Kelvin-Planck)?

Clausius.

Una de las primeras declaraciones de la Segunda Ley de la Termodinámica fue hecha por R. Clausius en 1850 . Él dijo lo siguiente.

“Es imposible construir un dispositivo que funcione en un ciclo y cuyo único efecto sea la transferencia de calor de un cuerpo más frío a un cuerpo más caliente”.

El calor no puede fluir espontáneamente del sistema frío al sistema caliente sin realizar un trabajo externo en el sistema.

Kelvin-Planck

“Es imposible construir un dispositivo que funcione en un ciclo y no produzca otro efecto que la producción de trabajo y la transferencia de calor de un solo cuerpo”.

Esta declaración opera con el término ” depósito térmico ” o ” depósito único “. Un depósito es un objeto grande, en el que la temperatura permanece constante mientras se extrae la energía. La declaración de Kelvin-Planck no excluye la existencia de un sistema, que desarrolla una cantidad neta de trabajo de una transferencia de calor extraída de un depósito térmico.

¿Qué es un proceso reversible?

Es un proceso idealizado en el que se puede cambiar la dirección de un proceso. Dichos procesos siempre están muy cerca del equilibrio termodinámico dentro de sí y con su entorno. Los procesos reversibles cumplen las siguientes condiciones:

Son procesos cuasiestáticos (el sistema siempre se encuentre en un estado de equilibrio termodinámico.
No presentan transformaciones de energía mecánica en térmica por debido a fuerzas disipativas.
La transferencia de energía como el calor sólo puede suceder cuando las diferencias de temperatura entre los objetos son infinitesimales.

Algunos ejemplos de procesos reversibles son:

Transferencia de energía como calor por diferencias infinitesimales de la temperatura,
Reacción química restringida
El movimiento sin fricción,
La expansión o compresión restringida

¿Qué es un proceso irreversible?

Es un proceso que se efectúa espontáneamente en una dirección pero no en otra. Los procesos irreversibles no están en equilibrio, en el sentido a que el sistema no está en equilibrio termodinámico en ningún punto hasta el final del proceso. Todos los procesos termodinámicos que se dan en la naturaleza son procesos irreversibles.

Algunos ejemplos de procesos irreversibles son:

El flujo de calor de un cuerpo caliente a uno más frío es irreversible.
La expansión libre de un gas y la conversión de trabajo en calor por fricción son procesos irreversibles.
Un movimiento con fricción.
La transferencia de energía como calor debido a diferencia de temperatura.
Mezcla de materia de diversa composición o estado.

¿Cuáles son algunas de las aplicaciones del segundo principio de la termodinámica?

Un motor ideal es el aquel que se construye mediante procesos reversibles y carece de rozamientos que ocasionan desperdicios de energía, convirtiendo casi toda la energía térmica en trabajo utilizable.
El motor de Carnot es el motor más eficiente que se puede idear. Opera entre dos depósitos de temperatura en dos procesos isotérmicos – a temperatura constante- y dos procesos adiabáticos –sin transferencia de energía térmica-.
El cuerpo humano obedece las leyes de la termodinámica. Los seres humanos necesitan energía para mantener funcionando todos sus sistemas, por lo tanto se comportan como máquinas térmicas que reciben energía y la transforman en energía mecánica.

También dentro de la segunda ley de la Termodinámica, no hay que olvidar la entropía. Ya que siempre es creciente y en algunos sistemas aparenta disminuir, pero para que suceda esto en otra parte tiene que aumentar. Un ejemplo sencillo de entropía dentro del segundo principio son: Las fuerzas de fricción generan menos eficiencia en el funcionamiento de las maquinarias, porque aumentan la cantidad de energía disipada que no puede emplearse eficientemente.