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Termodinámica para Industriales. Sección 4": Segundo Principío.
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2 Enunciado general del Segundo Principio
Sea el conjunto mínimo de sistemas parc
la realización de las cuatro conversiones entre calor y
trabajo, integrado por un reservorio de energía primaria, RP, otro de energía final RF, la máquina
transformadora M y el ambiente E; las interacciones I de la máquina con los reservorios dependerán de la
naturaleza de estos, la interacción con el ambiente dependerá además de la ciclicidad de M.
El estudio sistemático experimental de las cuatro conversiones demuestra qve son posibles y sin
incidencia ambiental las tres conversiones íntegras de calor en calor, trabajo en calor y trabajo en trabajo;
sin embargo, no es posible ni sin incidencia ambiental la conversión íntegra de calor en trabajo útil.
,T'..'
¡w-u
LUM=¡M*RP+lM-w+IM-E
LU RF - ¡RF-u
6¡¡E = ¡E-u
LURP =
(.RP)
ll
I I"-*"
><
{ tr¡
IM-RP=_IRP-M>g
_ IRF-M <0
= IM-ILF =
_lEaM
fMoE =
L,(JM = IM-RP_IRF-M_IE-M
( ¡¡rM
+ IRF-M - -rM'M - J AU"' - 0
lMaW
fM-N
=
l.
IE-M_0
Las tres primeras son posibles porque se pueden
hacer con una variación nula o despreciable del estado
transformadora y sin
interacción con el ambiente; la cuarta es imposible porque
termodinámico de
la máquina
si la máquina no es cíclica se alteran el
estado
termodinámico de la máquina y el del ambiente, mientras que si es cíclica se altera el del ambiente. Obsérvese
que el Segundo Principio no expresa que las transformaciones de calor en calor, trabajo en calor y trabajo
en trabajo sean necesariamente íntegras y sin incidencia ambiental; solo aftrma que son posibles.
La anterior imposibilidad se puede expresar matemáticamente con el conjunto de desigualdades
6
re-W
duRW
. -6
duRa * 6 duE > o.
Je-W
Jg-W
Como consecuencia de lo anterior, para un proceso genérico de un sistema cerrado, basta con un único
reservorio de trabajo y un único reservorio de calor. El Segundo Principio admite la interconversión de un
tipo de trabajo en otro, así como de trabajo en calor, con lo que el único reservorio de trabajo posibilita tanto
cualquier tipo de trabajo, como la conversión del mismo en calor a cualquier temperatura; el reservorio de
calor adicional es necesario para posibilitar la conversión de calor en trabajo; suele ser el ambiente.
Sea un sistema termodinámico cerrado
del
S
que
estado l,
E
E
?
E
E
¡
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,
I
!
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É
t
F
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l!
It
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F
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l'
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!r
F
F
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3 Reversibilidad e irreversibilidad
Un proceso es reversible cuando es potencialmente
cíclico en todos los sistemas que intervienen en é1.
evoluciona cíclicamente, partiendo
,
I
?
?
?
?
?
!
I'*a.2
RQ
describiendo el proceso a hasta un estado 2 y volviendo por
el proceso b al estado inicial 1. Las causas del proceso
l-a-2-b4l son las interacciones de S con solo un
reservorio de calor RQ y solo otro de trabajo RW. La
C
F
variación de energía termodinámica de S en el ciclo es nula,
por lo que, de acuerdo con el Primer Principio, la suma de
?
calores
!
t
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y
de trabajos intercambiados durante el mismo
también será nula, y, por tanto, el trabajo total
intercambiado durante el ciclo es igual y opuesto al calor
total:
RW
2*b-I
C
lr
t
!
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C