Segundo Principio de la Termodinámica. ¿Por qué unos procesos ocurren en un sentido y no en el contrario?

Presentación del tema: "Segundo Principio de la Termodinámica. ¿Por qué unos procesos ocurren en un sentido y no en el contrario?"— Transcripción de la presentación:

1 Segundo Principio de la Termodinámica

2 ¿Por qué unos procesos ocurren en un sentido y no en el contrario?

3 La entropía puede considerarse como una medida de la probabilidad (desorden) S  SólidoLíquido Gas S  Soluto + Disolvente Disolución S 

4 Cualquier proceso que ocurre espontáneamente produce un aumento de entropía del universo Segundo Principio de la Termodinámica Criterio de espontaneidad:  S univ > 0 tiempo S univ proceso equilibrio

5 En todo proceso reversible, la entropía del universo permanece constante. En todo proceso irreversible, la entropía del universo aumenta. Segundo Principio de la Termodinámica Proceso reversible:  S univ =  S sis +  S ent = 0 Proceso irreversible:  S univ =  S sis +  S ent > 0 desigualdad de Claussius:  S univ ≥ 0 espontáneo equilibrio

6 Caso particular: Sistema aislado Cualquier proceso deja a los alrededores sin modificación alguna  S ent = 0  S univ =  S sis Proceso reversible, sistema aislado:  S sis = 0 Proceso irreversible, sistema aislado:  S sis > 0 ¡Ojo! Si no está aislado: Hay que tener en cuenta la variación de entropía del sistema y la de los alrededores. En un proceso espontáneo aumenta la S del universo.

7 SEGUNDO PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA. ENTROPÍA. 2 1 er PrincipioEnergía interna (U) 2º Principio Entropía (S) Entropía (S) Función de estado Propiedad extensiva Unidades: J  K -1 Es una medida de la cantidad de energía que no está disponible para efectuar trabajo Es una medida de la multiplicidad del sistema

8 Alta temperatura q2q2 motor W q1q1 Baja temperatura El ciclo de Carnot

9 Es imposible la transformación completa de calor en trabajo en un proceso cíclico Fuente de calor Máquina Térmica Fuente Fría TCTC TfTf qCqC qfqf -w Q W  U = 0 =q + w = qc + qf + w -w = qc + qf e = qc + qf / qc = 1 + qf / qc qf -, qc +, e < 1 MAQUINAS TÉRMICAS

10 Depósito frío a T f Motor Deposito caliente a T c QcQc QfQf W Depósito frío a T f Motor Deposito caliente a T c QcQc W Es imposible construir una máquina térmica que, operando en un ciclo, no produzca otro efecto que la absorción de energía térmica de un depósito y la realización de una cantidad igual de trabajo. Kelvin-Planck

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12 Los 4 pasos del ciclo de Carnot Paso 1. el gas absorbe calor (q 2 ) de la caldera a T 2 y se expande isotérmica y reversiblemente de V 1 a V 2 : Paso 2. el gas se expande adiabática y reversiblemente de V 2 a V 3, su temperatura disminuye de T 2 a T 1 : Paso 3. el gas se comprime de V 3 a V 4 mientras está en contacto con el condensador (T 1 ) y desprende calor (q 1 ): Paso 4. el gas se comprime adiabática y reversiblemente de V 4 a V 1, calentándose de T 1 a T 2 :

13 Ciclo de Carnot Sumando los 4 pasos obtenemos, para el ciclo completo: Y por lo tanto: -w = q 2 +q 1 -w = q 2 -|q 1 | También, como en los pasos 3 y 4 ΔU=0,

14 Ciclo de Carnot Los volúmenes V 1 :V 4 y V 2 :V 3 deben estar relacionados. Recordemos que: Esto nos proporciona un resultado para el calor y el trabajo en términos de una sola razón de volúmenes :

15 CÁLCULOS DE VARIACIÓN DE ENTROPÍA. 3 3.1. Proceso Cíclico. Sistemas cerrados En un proceso cíclico el estado final es el inicial, con independencia de si es reversible o irreversible. 3.2. Proceso Adiabático Reversible. En un proceso adiabático reversible dqrev=0, luego ΔS=0. En un proceso adiabático irreversible dqrev=???

16 3.3. Proceso Isotérmico Reversible. 3.4. Procesos Isobáricos o Isocóricos Reversibles. P = cte [Tema 1] Si C p = cte y no hay cambio de fase V = cte [Tema 1] Si C V = cte

17 3.5. Cambio de Fase, [(T, P) = constantes]. Evaporación (líquido gas) ΔH vap >0 luego ΔS vap >0 Sublimación (sólido gas) ΔH sub >0 luego ΔS sub >0 Fusión (sólido líquido) > 0 S líq > S sol ;  S fus = S líq - S sol > 0

18 3.6. Cambio de Estado (Reversible o Irreversible) de un Gas Ideal dU=dq V =C V dT dU=dq rev +dw rev dw rev = - PdV Función de estado Si C V es constante al ser la sustancia un Gas Ideal P/T = nR/V