En el siguiente trabajo primeramente se explica brevemente el concepto de termodinámica y su historia

I. INTRODUCCIÓN

En el siguiente trabajo primeramente se explica brevemente el concepto de termodinámica y su historia, luego se hablara sobre la segunda ley, específicamente sobre en qué consiste y sus procesos, también se tomaran en cuenta las definiciones clásicas (Definición de Kelvin-Planck y Definición de Clausius). Así como el ciclo del Carnot, los procesos y el equilibrio termodinámico.

Para finalizar terminaremos presentando algunos casos, en conjunto con su desarrollo y explicación. Estos ejercicios se resumirán en ser solo pertenecientes a la segunda ley de la termodinámica.

II. JUSTIFICACIÓN

En el caso de esta investigación indagar sobre la segunda ley de la termodinámica, sus características, principales conceptos y principios básicos. Analizar y relacionar esta ley con ejemplos que se presentan en nuestra vida cotidiana, se determinara con exactitud los conceptos que se relacionan y aportan significado a esta ley, tales como: la entropía y los procesos de reversibilidad e irreversibilidad. Además queremos aportar a los jóvenes una manera más clara y positiva con respectos a los temas de la física que se nos presentan en la materia de ciencias naturales.

Por lo explicado anteriormente, se puede decir que la finalidad de esta investigación es definir en que consiste la segunda ley de la termodinámica demostrándolo con ejemplos.

III. OBJETIVOS

GENERAL:

- Explicar la termodinámica y la segunda ley de forma clara mediante el uso de definiciones claras y amplias para ofrecer un tipo de aprendizaje rápido y eficaz.

ESPECÍFICO:

- Establecer una definición básica sobre la termodinámica.

- Definir claramente los problemas que impliquen la segunda ley de la termodinámica.

IV. DESARROLLO DEL CONTENIDO

A. Termodinámica

La palabra termodinámica se divide en 2 términos: Termo (del griego que significa “calor”) y dinámica (proviene del latín dyamice cuyo significado está referido a las ciencia de las fuerzas)

Calor significa “energía en tránsito” y dinámica, en este caso, se refiere al “movimiento” por lo que en esencia la termodinámica estudia la circulación de la energía y como la energía infunde movimiento. Históricamente la termodinámica se desarrolló a partir de la necesidad de la aumentar la eficiencia de las primeras máquinas de vapor.

La termodinámica es la rama de la física que describe los estados de equilibrio termodinámico a nivel macroscópico. Los estados de equilibrio son los que se estudian y definen por medio de magnitudes extensivas tales como la energía interna, la entropía, el volumen o la composición molar del sistema o por medio de magnitudes no-extensivas derivadas de las anteriores como la temperatura, presión y el potencial químico.

Historia

En la mitad del siglo XIX, los físicos e ingenieros estaban construyendo máquinas de vapor para mecanizar el trabajo y el transporte y estaban tratando de encontrar la manera de hacerlos más potentes y eficientes. Grandes científicos como Clausius, Kelvin, Joule contribuyeron en gran medida, aunque en cierta parte se le considera como padre de esta disciplina al físico francés Sadi Carnot.

Carnot demostró que se podía predecir la eficiencia máxima teórica de un motor de vapor mediante la medición de la diferencia de temperaturas del vapor en el interior del cilindro y la del aire que lo rodea, conocida en términos termodinámicos como los depósitos de agua caliente y fría de un sistema, respectivamente.

V. Segunda ley de la termodinámica

A. ¿En qué consiste?

Esta ley de la física expresa que "La cantidad de entropía (magnitud que mide la parte de la energía que no se puede utilizar para producir un trabajo) de cualquier sistema aislado termodinámicamente tiende a incrementarse con el tiempo". Más sencillamente, cuando una parte de un sistema cerrado interacciona con otra parte, la energía tiende a dividirse por igual, hasta que el sistema alcanza un equilibrio térmico.

La incapacidad de la primera ley de identificar si un proceso puede llevarse a cabo es remediado al introducir otro principio general, la segunda ley de la termodinámica. Cuando los procesos no se pueden dar, esto se puede detectar con la ayuda de una propiedad llamada entropía. Un proceso no sucede a menos que satisfaga la primera y la segunda ley de la Termodinámica.

La segunda ley también afirma que la energía tiene calidad, así como cantidad. La primera ley tiene que ver con la cantidad y la transformación de la energía de una forma a otra sin importar su calidad. Preservar la calidad de la energía es un interés principal de los ingenieros, y la segunda ley brinda los medios necesarios para determinar la calidad, así como el nivel de degradación de la energía durante un proceso. La naturaleza establece que el total de energía asociada con una fuente térmica nunca puede ser transformada íntegra y completamente en trabajo útil. De aquí que todo el trabajo se puede convertir en calor pero no todo el calor puede convertirse en trabajo.

B. Entropía

Es la medida del grado de desorden de en un sistema, en el caso de la segunda ley de la termodinámica se define como la parte de la energía que no puede utilizarse para producir un trabajo.

La entropía de un sistema aislado siempre aumenta. Por ejemplo, un motor de combustión quema gasolina y produce agua y bióxido carbono, dos moléculas más pequeñas y con menor contenido de energía que la gasolina; en consecuencia, la combustión incrementa la entropía. A la larga todo envejece, nada rejuvenece.

Esta propiedad determina la irreversibilidad de los sistemas mecánicos, biológicos o cósmicos.

C. Procesos que se cumplen gobernados por la segunda ley:

La segunda ley de la termodinámica establece cuales procesos de la naturaleza pueden ocurrir o no. De todos los procesos permitidos por la primera ley, solo ciertos tipos de conversión de energía pueden ocurrir. Los siguientes son algunos procesos compatibles con la primera ley de la termodinámica, pero que se cumplen en un orden gobernado por la segunda ley:

1) Cuando dos objetos que están a diferente temperatura se ponen en contacto térmico entre sí, el calor fluye del objeto más cálido al más frío, pero nunca del más frío al más cálido.

2) La sal se disuelve espontáneamente en el agua, pero la extracción de la sal del agua requiere alguna influencia externa.

3) Cuando se deja caer una pelota de goma al piso, rebota hasta detenerse, pero el proceso inverso nunca ocurre.

Todos estos son ejemplos de procesos irreversibles, es decir procesos que ocurren naturalmente en una sola dirección. Ninguno de estos procesos ocurre en el orden temporal opuesto. Si lo hicieran, violarían la segunda ley dela termodinámica. La naturaleza unidireccional de los procesos termodinámicos establece una dirección del tiempo.

D. Enunciado más simple:

Ahora bien existen diferentes formas de enunciar la segunda ley de la termodinámica, pero en su versión más simple, establece que:

“El calor jamás fluye espontáneamente de un objeto frío a un objeto caliente”

E. Definiciones clásicas

1. Definición de Kelvin-Planck:

“Es imposible construir una máquina cíclica, que no tenga otro efecto que transferir calor continuamente de un cuerpo hacia otro, que se encuentre a una temperatura más elevada”.

En la práctica, se encuentra que todas las máquinas térmicas sólo convierten una pequeña fracción del calor absorbido en trabajo mecánico. Por ejemplo: el motor de un automóvil trabaja por ciclos con sus pistones los cuales comprende -admisión, compresión, explosión y expansión- , como sabemos necesitamos de energía para poder andar en el, este caso la energia proviene de la gasolina y con esa energía recorremos cierta distancia, el punto es que esta distancia depende de que tan eficiente sea el motor, es aquí donde entra el enunciado de Kelvin - Planck el cual dice que no existe un motor ideal que digas que teniendo un determinado tanque de gasolina y sacando la energía que posee cada litro se va recorrer tantos kilómetros y después de un rato en la calle, se apaga el carro, todavía me falta un por recorrido, es entonces donde nos damos cuenta que el motor del carro no convierte toda la energía de la gasolina en trabajo, ¿por qué?, porque no hay maquina ideal.

“Es imposible construir una máquina térmica que, operando en un ciclo, no tenga otro efecto que absorber la energía térmica de una fuente y realizar la misma cantidad de trabajo”.

2. Definicion de Clausius:

Resulta deseable construir un refrigerador que pueda realizar su proceso con el mínimo de trabajo. Si se pudiera construir uno donde el proceso de refrigeración se realice sin ningún

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