La segunda ley de la termodinámica se ocupa de la transferencia de energía térmica. Esto significa que indica intercambios de calor que tienden a igualar diferentes temperaturas (equilibrio térmico), lo que ocurre espontáneamente.

Sus principios son:

  • El calor se transfiere espontáneamente del cuerpo de temperatura más alta al cuerpo de temperatura más baja.
  • Cada proceso tiene una pérdida porque su rendimiento siempre es inferior al 100%.

Se expresa mediante la siguiente fórmula:

Donde

η: rendimiento
QUn: calor proporcionado por la calefacción
QB: calor no transformado en trabajo

Esta ley se estableció a partir de los estudios de Sadi Carnot (1796-1832). Animado por la Revolución Industrial, el físico francés estaba estudiando la posibilidad de aumentar la eficiencia de las máquinas.

Analizando el máquinas térmicasCarnot descubrió que eran más eficientes cuando había transferencia de calor de la temperatura más alta a la más baja. Esto siempre ocurre en ese orden, ya que la transferencia de energía térmica es un proceso irreversible.

Esto significa que el trabajo depende de la transferencia de energía térmica, recordando que no es posible convertir todo el calor en trabajo.

Se basó en las ideas de Carnot que Clausius y Kelvin basaron sus estudios en termodinámica.

La segunda ley de la termodinámica está relacionada con el concepto de entropía.. Completa la Primera Ley de la Termodinámica.que se basa en el principio de conservación de energía.

Ciclo de Carnot

Para que la energía no siempre aumente (imagínese en el caso de una máquina), en algún momento debe volver a su estado inicial y reiniciar el proceso. El proceso es, por lo tanto, cíclico.

Mientras que una parte funciona a temperaturas más altas, la otra parte funciona a temperaturas más bajas. Esto es posible según la Segunda Ley de la Termodinámica.

El ciclo en sentido horario absorbe calor. Este es el caso de los motores. El ciclo en sentido antihorario pierde calor. Este es el caso de los refrigeradores.

Para obtener más información sobre Carnot Cycle.

Lea también Termodinámica. y fórmulas de física.

Ejercicios resueltos

1. (UFAL-AL) Analice las siguientes proposiciones:

() La máquina térmica es un sistema que realiza una transformación cíclica: después de sufrir una serie de transformaciones, vuelve al estado inicial.

() Es imposible construir una máquina térmica que transforme completamente el calor en trabajo.

() El calor es una forma de energía que se transfiere espontáneamente del cuerpo de temperatura más alta al cuerpo de temperatura más baja.

() Es imposible construir una máquina térmica que tenga un rendimiento más alto que la máquina Carnot, que funcione entre las mismas temperaturas.

() Cuando un gas recibe 400 J de calor y realiza un trabajo de 250 J, su energía interna aumenta en 150 J.

2. (CEFET-PR) El segundo principio de la termodinámica se puede establecer de la siguiente manera: "Es imposible construir una máquina térmica que funcione en ciclos, cuyo único efecto es tomar calor de una fuente y convertirlo por completo en trabajo".

Por extensión, este principio nos lleva a concluir que:

a) Siempre puede construir máquinas térmicas cuyo rendimiento sea del 100%;

b) cualquier máquina térmica solo necesita una fuente caliente;

c) el calor y el trabajo no son cantidades homogéneas;

d) cualquier motor térmico extrae calor de una fuente caliente y rechaza parte de ese calor a una fuente fría;

e) solo con una fuente fría, siempre mantenida a 0 ° C, sería posible que cierta máquina térmica convierta completamente el calor en trabajo.

3. (ENEM-MEC) La refrigeración y la congelación de alimentos son responsables de una parte significativa del consumo de electricidad en una residencia típica.

Para reducir las pérdidas térmicas de un refrigerador, se pueden tomar algunas precauciones operativas:

I. Distribuya la comida en los estantes, dejando espacios vacíos entre ellos, para que circule el aire frío y caliente.

II Mantenga las paredes del congelador con una capa de hielo muy gruesa para que el aumento de la masa de hielo aumente el intercambio de calor en el congelador.

III. Limpie el radiador ("parrilla" en la parte posterior) periódicamente para que la grasa y el polvo depositados en él no reduzcan la transferencia de calor al medio ambiente.

Para un refrigerador tradicional es correcto indicar solo

a) operación I
b) la operación II.
c) operaciones I y II.
d) operaciones I y III.
e) operaciones II y III.