Las leyes de la termodinámica 2

Segunda ley de la termodinámica pdf

La segunda ley de la termodinámica establece el concepto de entropía como propiedad física de un sistema termodinámico. La entropía predice la dirección de los procesos espontáneos, y determina si son irreversibles o imposibles a pesar de obedecer el requisito de conservación de la energía expresado en la primera ley de la termodinámica. La segunda ley puede formularse mediante la observación de que la entropía de los sistemas aislados dejados a la evolución espontánea no puede disminuir, ya que siempre llegan a un estado de equilibrio termodinámico, donde la entropía es máxima. Si todos los procesos del sistema son reversibles, la entropía es constante[1]. El aumento de la entropía explica la irreversibilidad de los procesos naturales, a la que a menudo se refiere el concepto de la flecha del tiempo[2].

Históricamente, la segunda ley fue un hallazgo empírico que se aceptó como un axioma de la teoría termodinámica. La mecánica estadística proporciona una explicación microscópica de la ley en términos de distribuciones de probabilidad de los estados de grandes conjuntos de átomos o moléculas. La segunda ley se ha expresado de muchas maneras. Su primera formulación, que precedió a la definición propia de entropía y se basó en la teoría calórica, es el teorema de Carnot, atribuido al científico francés Sadi Carnot, que en 1824 demostró que la eficiencia de la conversión de calor en trabajo en una máquina térmica tiene un límite superior[3][4]. [3] [4] La primera definición rigurosa de la segunda ley basada en el concepto de entropía la dio el científico alemán Rudolph Clausius en la década de 1850, incluyendo su afirmación de que el calor nunca puede pasar de un cuerpo más frío a otro más caliente sin que se produzca al mismo tiempo algún otro cambio relacionado con él.

Cuarta ley de la termodinámica

Las leyes de la termodinámica definen un grupo de magnitudes físicas, como la temperatura, la energía y la entropía, que caracterizan a los sistemas termodinámicos en equilibrio termodinámico. Las leyes también utilizan diversos parámetros para los procesos termodinámicos, como el trabajo y el calor termodinámicos, y establecen relaciones entre ellos. Enuncian hechos empíricos que sirven de base para excluir la posibilidad de ciertos fenómenos, como el movimiento perpetuo. Además de su uso en termodinámica, son importantes leyes fundamentales de la física en general, y son aplicables en otras ciencias naturales.

Tradicionalmente, la termodinámica ha reconocido tres leyes fundamentales, denominadas simplemente con una identificación ordinal, la primera ley, la segunda ley y la tercera ley[1][2][3] Una declaración más fundamental fue etiquetada posteriormente como la ley zeroth, después de que se hubieran establecido las tres primeras leyes.

La ley zeroth de la termodinámica define el equilibrio térmico y constituye la base para la definición de la temperatura: Si dos sistemas están en equilibrio térmico con un tercer sistema, entonces están en equilibrio térmico entre sí.

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La segunda ley de la termodinámica establece el concepto de entropía como propiedad física de un sistema termodinámico. La entropía predice la dirección de los procesos espontáneos, y determina si son irreversibles o imposibles a pesar de obedecer el requisito de conservación de la energía expresado en la primera ley de la termodinámica. La segunda ley puede formularse mediante la observación de que la entropía de los sistemas aislados dejados a la evolución espontánea no puede disminuir, ya que siempre llegan a un estado de equilibrio termodinámico, donde la entropía es máxima. Si todos los procesos del sistema son reversibles, la entropía es constante[1]. El aumento de la entropía explica la irreversibilidad de los procesos naturales, a la que a menudo se refiere el concepto de la flecha del tiempo[2].

Históricamente, la segunda ley fue un hallazgo empírico que se aceptó como un axioma de la teoría termodinámica. La mecánica estadística proporciona una explicación microscópica de la ley en términos de distribuciones de probabilidad de los estados de grandes conjuntos de átomos o moléculas. La segunda ley se ha expresado de muchas maneras. Su primera formulación, que precedió a la definición propia de entropía y se basó en la teoría calórica, es el teorema de Carnot, atribuido al científico francés Sadi Carnot, que en 1824 demostró que la eficiencia de la conversión de calor en trabajo en una máquina térmica tiene un límite superior[3][4]. [3] [4] La primera definición rigurosa de la segunda ley basada en el concepto de entropía la dio el científico alemán Rudolph Clausius en la década de 1850, incluyendo su afirmación de que el calor nunca puede pasar de un cuerpo más frío a otro más caliente sin que se produzca al mismo tiempo algún otro cambio relacionado con él.

Leyes de la termodinámica pdf

Las leyes naturales que rigen el medio ambiente y que, por tanto, nos interesan son las dos primeras leyes de la termodinámica. Éstas se refieren a los sistemas cerrados. En sentido estricto, la Tierra no es un sistema cerrado, ya que recibe energía del sol, pero es casi un sistema cerrado.

Common y Stagl (2005) utilizan el ejemplo de una central eléctrica de carbón. El carbón se calienta y produce electricidad. Un subproducto de este proceso es el calor residual que se transporta como agua de refrigeración o gases. Además, se emiten varios gases residuales a la atmósfera, que causan contaminación, como la lluvia ácida.

La entropía podría describirse como una medida del «desorden» de la energía. Por ejemplo, la energía ordenada es útil y un ejemplo de ello es la energía almacenada en una batería. Sin embargo, la energía desordenada no es útil, y un ejemplo es la energía dispersada en el ambiente por un incendio.

La entropía es una propiedad termodinámica de la materia y está relacionada con la cantidad de energía que puede transferirse de un sistema a otro en forma de trabajo. Para un sistema determinado con una cantidad fija de energía, el valor de la entropía oscila entre cero y un máximo. Si la entropía es máxima, la cantidad de trabajo que se puede transferir es igual a cero; si la entropía es cero, la cantidad de trabajo que se puede transferir es igual a la energía del sistema.