2ª Ley de la Termodinámica

Segunda Ley de La Termodinámica.

La máquina de vapor https://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Steam_engine_in_action.gif

¡Bienvenidos al fascinante mundo de la Termodinámica! En este blog, exploraremos la Segunda Ley de la Termodinámica y los enunciados de los ilustres científicos Sadi Carnot, Rudolf Clausius y Lord Kelvin Planck. Descubriremos cómo estas leyes rigen el comportamiento de máquinas térmicas como el motor térmico, el refrigerador y la bomba de calor. Acompáñanos en este viaje para comprender cómo la energía fluye en el universo y cómo estos principios fundamentales dan forma a nuestra realidad cotidiana. ¡Empecemos!

La máquina de vapor es uno de los inventos básicos de la Revolución Industrial, de tal forma que algunos autores señalan el año de su patente (1769) como el de inicio de la misma. Fue el motor de la Primera Revolución Industrial y el que, de alguna forma, la hizo irreversible.

La Segunda Ley de la Termodinámica tuvo un impacto significativo en el desarrollo de la máquina de vapor durante la primera Revolución Industrial. Aquí hay cinco pasos que resumen su importancia:

1. Limitaciones de la Máquina de Vapor: Durante la Revolución Industrial, la máquina de vapor se convirtió en un motor esencial para la industria. Sin embargo, los ingenieros enfrentaron dificultades para mejorar su eficiencia. La Primera Ley de la Termodinámica permitía calcular el trabajo realizado, pero no abordaba las pérdidas de calor.

2. Entendimiento de las Pérdidas de Calor: La Segunda Ley de la Termodinámica, enunciada por Sadi Carnot y posteriormente desarrollada por Lord Kelvin y otros, introdujo el concepto de irreversibilidad y la imposibilidad de convertir completamente calor en trabajo útil. Esto llevó a comprender que parte del calor suministrado a la máquina de vapor se perdía en forma de calor desechado.

3. Eficiencia Mejorada: Con el enfoque en la eficiencia, los ingenieros comenzaron a trabajar en el diseño de máquinas de vapor más eficientes, tomando en cuenta las pérdidas térmicas. Esto condujo a la mejora de las máquinas y a una utilización más eficiente de la energía del vapor, lo que impulsó la productividad industrial.

4. Innovación y Competencia: La comprensión de la Segunda Ley motivó la innovación en el diseño de máquinas de vapor, fomentando la competencia entre fabricantes. Esto llevó a mejoras continuas en la eficiencia y el rendimiento de las máquinas, lo que a su vez impulsó la producción y la expansión industrial.

5. Desarrollo Industrial Acelerado: Con máquinas de vapor más eficientes y productivas, la capacidad de realizar trabajo mecánico aumentó drásticamente. Esto impulsó la industrialización al permitir la expansión de la producción, la mejora en la transportación y la creación de nuevas industrias, allanando el camino para la primera Revolución Industrial.

Los principales impulsores de esta comprensión y aplicación de la Segunda Ley de la Termodinámica en el contexto de la máquina de vapor fueron Sadi Carnot, Robert Clausius, Lord Kelvin y otros científicos y pioneros de la ingeniería que trabajaron en la formulación y aplicación de estos principios en la práctica industrial.

 La 2a Ley de la Termodinámica establece que la energía proporcionada a un máquina, no puede ser aprovechada totalmente debido a factores que lo impiden.  

Se ha visto que la Primera Ley de la Termodinámica establece la relación de transformación entre las diferentes formas de energía, esto es.

 dq = du + dw

Pero la primera Ley de la Termodinámica no limita la posibilidad de transformación de las diferentes formas de energía, el calor en trabajo trabajo, o viceversa. La primera alternativa es cierta. en cambio, para la segunda existen serias limitaciones.

La transformación de trabajo en calor, se realiza de forma natural en el rozamiento. No obstante, la inversa es más difícil de lograrse. La transformación de energía potencial en la caída de un cuerpo desde cierta altura en calor como consecuencia del impacto, es un proceso natural. La transformación de energía térmica en potencial y de que el cuerpo se eleve hasta su altura inicial, el primer principio no niega esta posibilidad, sin embargo, esta transformación no se dará en forma espontánea, sin una acción exterior.

La naturaleza nos indica la existencia de una limitación de los procesos espontáneos, que no lo explica el primer principio dando origen a la necesidad de establecer una ley general que determine la espontaneidad de los procesos. esta ley es el segundo principio de la Termodinámica.

En su forma general la Segunda Ley de la Termodinámica puede enunciarse de la siguiente manera:
¨ Todo proceso espontáneo o real es irreversible ¨. Todos los demás enunciados para esta Ley, son casos casos particulares de este más general.

Dado el carácter práctico de la Termodinámica, ligado al desarrollo de las máquinas motrices, los postulados del segundo principio están centrados en el concepto de máquina térmica.

Definición de máquina térmica.

Una máquina térmica es un sistema termodinámico compuesto por dos o mas subsistemas. en una máquina térmica el fluido de trabajo evoluciona de forma cíclica y reversible, transformando en trabajo el calor intercambiado con los focos de las fuentes térmicas.

Un foco o fuente de calor es un sistema termodinámico que es capaz de ceder o absorber cantidades finitas de calor sin variar la temperatura.

El motor térmico produce trabajo a partir del calor intercambiado entre los dos focos, en el diagrama  p-v el ciclo se produce en el sentido de las agujas del reloj.