Practica 8 La segunda ley de la termodinámica analiza la energía desde el punto de vista de la calidad

PRACTICA 8 SANTANA GONZALEZ SANTIAGO

CUESTIONARIO PREVIO:

PREVIAMENTE A LA REALIZACIÓN DE ESTA PRÁCTICA SE DEBERÁ ENTREGAR TOTALMENTE RESUELTO EL SIGUIENTE CUESTIONARIO, APLICANDO LOS CONCEPTOS TEÓRICOS EXPUESTOS EN CLASE.

1. La segunda ley de la termodinámica analiza la energía desde el punto de vista de la calidad ¿Por qué se dijo esa frase?

La frase "la segunda ley de la termodinámica analiza la energía desde el punto de vista de la calidad" se refiere al hecho de que la segunda ley se centra en la dirección de los procesos y en la disponibilidad de la energía para realizar trabajo útil. Mientras que la primera ley se preocupa por la conservación de la energía total, la segunda ley se enfoca en la transformación de la energía y establece que no todos los procesos son reversibles, lo que implica que no toda la energía puede convertirse en trabajo útil. La calidad de la energía disminuye a medida que se llevan a cabo procesos irreversibles, como aquellos asociados con la transferencia de calor de un cuerpo caliente a uno frío.

2. La primera ley de la termodinámica analiza la energía desde el punto de vista de la cantidad ¿Por qué se dijo esa frase?

La primera ley de la termodinámica se enuncia como la conservación de la energía, lo que significa que la cantidad total de energía en un sistema aislado se mantiene constante. Por lo tanto, se dice que la primera ley analiza la energía desde el punto de vista de la cantidad, ya que se ocupa de cuánta energía está presente en un sistema y cómo esta energía puede cambiar entre formas, como energía interna, trabajo y calor.

3. ¿Por qué se dice que la segunda ley de la termodinámica analiza el principio de la entropía? ¿Qué es la entropía?

La segunda ley de la termodinámica se relaciona con el principio de la entropía, que es una medida de la distribución de la energía en un sistema y su tendencia a aumentar en procesos naturales. La entropía se asocia comúnmente con el grado de desorden o aleatoriedad de las partículas en un sistema. La segunda ley establece que en procesos naturales, la entropía del universo tiende a aumentar, lo que significa que la energía se dispersa y se vuelve menos disponible para realizar trabajo útil.

4. ¿Qué es la eficiencia térmica? ¿Cuál es su modelo matemático?

La eficiencia térmica es una medida de la capacidad de una máquina térmica para convertir la energía térmica en trabajo útil. Su modelo matemático se expresa como:

Eficiencia térmica  = Trabajo útil/Calor absorbido

5. ¿Qué es el coeficiente de operación? ¿Cuál es su modelo matemático?

El coeficiente de operación se refiere a la eficiencia de una máquina térmica inversa, como una bomba de calor o un refrigerador. Su modelo matemático se expresa como:

Coeficiente de operación= Calor absorbido/Trabajo invertido

6. ¿Qué es una máquina térmica?

Una máquina térmica es un dispositivo que convierte la energía térmica en trabajo mecánico. Opera en un ciclo termodinámico, tomando calor de una fuente, realizando trabajo y luego descargando calor a una fuente de baja temperatura. Ejemplos comunes son los motores de combustión interna y las turbinas de vapor.

7. Haga un croquis de una máquina térmica y explique cómo se obtiene su eficiencia.

(Imagen no proporcionada, pero se puede describir): Una máquina térmica típica incluiría una fuente de calor, un sistema de trabajo mecánico y un sumidero de calor. La eficiencia se calcula dividiendo el trabajo útil realizado por la máquina entre el calor absorbido de la fuente caliente.

8. Haga un croquis de una máquina térmica inversa y explique cómo se obtiene su coeficiente de operación.

(Imagen no proporcionada, pero se puede describir): Una máquina térmica inversa, como una bomba de calor, toma calor de una fuente fría y lo transfiere a una fuente caliente. El coeficiente de operación se obtiene dividiendo el calor absorbido (o eliminado) entre el trabajo invertido.

9. ¿Por qué una máquina inversa no tiene eficiencia?

Una máquina inversa no tiene eficiencia en el sentido tradicional porque no produce trabajo útil. En lugar de eso, su objetivo principal es transferir calor de una fuente fría a una fuente caliente, lo cual no es un proceso que produzca trabajo mecánico neto.

10. Realizar un resumen de media cuartilla de la siguiente dirección electrónica "Segunda ley de la termodinámica"

La segunda ley de la termodinámica es un principio fundamental que aborda la dirección de los procesos termodinámicos y la calidad de la energía. A diferencia de la primera ley, que se centra en la conservación de la energía, la segunda ley se preocupa por la transformación de la energía y establece limitaciones sobre qué procesos son posibles y cuál es su dirección preferida.

Un aspecto clave de la segunda ley es la noción de entropía. La entropía es una medida de la dispersión de la energía en un sistema y su tendencia natural a aumentar con el tiempo. Se relaciona con el concepto de calidad de la energía: a medida que los procesos avanzan, la energía tiende a dispersarse y volverse menos utilizable para realizar trabajo útil. La entropía del universo, en un sistema aislado, tiende a aumentar, lo que refleja la tendencia hacia estados de mayor desorden.

La segunda ley también introduce el concepto de irreversibilidad. Muchos procesos termodinámicos son irreversibles, lo que significa que no pueden invertirse completamente. Por ejemplo, el calor fluye naturalmente de un cuerpo caliente a uno frío, pero revertir este proceso sin intervención externa es impracticable.

En términos prácticos, la segunda ley tiene implicaciones significativas para la eficiencia de las máquinas térmicas. Establece límites fundamentales sobre la cantidad de trabajo útil que se puede obtener a partir de una determinada cantidad de calor. Esto se expresa a menudo a través de la eficiencia térmica, que es la relación entre el trabajo útil realizado y el calor absorbido.

La segunda ley también se aplica a las máquinas térmicas inversas, como las bombas de calor y los refrigeradores. Estas máquinas transfieren calor desde un lugar frío a uno caliente, lo cual va en contra de la dirección natural del flujo de calor. Su desempeño se describe mediante el coeficiente de operación, que relaciona la cantidad de calor transferida con la cantidad de trabajo invertido.

En resumen, la segunda ley de la termodinámica es esencial para comprender la dirección preferida de los procesos termodinámicos y establece restricciones fundamentales sobre la calidad y utilidad de la energía en el universo. Su comprensión es crucial en campos como la ingeniería y la física, donde se busca optimizar la eficiencia de los procesos energéticos.

ACTIVIDAD I

El objetivo es calcular el coeficiente de operación de una máquina inversa de Carnot, que se utiliza comúnmente en sistemas de refrigeración. Se puede calcular utilizando la relación de temperaturas absolutas de saturación en el condensador y el evaporador, o utilizando la relación de calores y temperaturas, dependiendo de la información disponible. El valor ideal del coeficiente es 1, pero en la práctica, siempre será menor que 1 debido a las pérdidas y las imperfecciones en el sistema. El cálculo del coeficiente de operación de una máquina inversa de Carnot es esencial en el contexto de sistemas de refrigeración y bombas de calor. Estos sistemas desempeñan un papel fundamental en la climatización de edificios, la conservación de alimentos, la refrigeración de productos químicos y en diversas aplicaciones industriales. El objetivo principal de calcular este coeficiente es evaluar la eficiencia de estos sistemas de refrigeración.

ACTIVIDAD II

Esta actividad se centra en la evaluación de la eficiencia de un sistema de refrigeración, un proceso fundamental en numerosas aplicaciones, como sistemas de aire acondicionado y refrigeración industrial. La refrigeración es esencial para mantener bajas temperaturas en ciertos espacios o equipos, y su eficiencia es de suma importancia para minimizar el consumo de energía y, por lo tanto, los costos operativos.

Para llevar a cabo esta evaluación, se emplean una serie de parámetros y fórmulas específicas proporcionadas por el fabricante del sistema. En particular, se considera el condensador y el evaporador, que son componentes cruciales en el ciclo de refrigeración.

En el condensador, el refrigerante en estado gaseoso se enfría y se condensa en estado líquido, liberando calor al ambiente circundante. La cantidad de calor transferida en el condensador depende del flujo de agua a través de este componente, las diferencias de temperatura entre el agua, la atmósfera y la temperatura de saturación, y el calor específico del agua.

Similarmente, en el evaporador, el refrigerante en estado líquido absorbe calor del entorno, lo que lo lleva a evaporarse en estado gaseoso. La cantidad de calor absorbida en el evaporador también depende del flujo de agua, las diferencias de temperatura y el calor específico del agua.

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