Distribución de la Distribución de la EnergíaEnergía

1. Dirección de los procesos 1. Dirección de los procesos termodinámicostermodinámicos

Los procesos en la naturaleza son Los procesos en la naturaleza son irreversiblesirreversibles. .

Todo sistema tiende a un estado Todo sistema tiende a un estado menos menos ordenadoordenado..

Procesos idealizadosProcesos idealizados

Reversibles:Reversibles: una pequeña modificación una pequeña modificación de las condiciones del sistema puede de las condiciones del sistema puede cambiar la dirección del procesocambiar la dirección del proceso

CuasiestáticosCuasiestáticos: se produce un cambio : se produce un cambio de estado mediante variaciones de estado mediante variaciones infinitesimales de las condiciones del infinitesimales de las condiciones del sistema. Sucesión de estados de sistema. Sucesión de estados de equilibrio.equilibrio.

2. Entropía2. EntropíaEs una medida cuantitativa del desordenEs una medida cuantitativa del desorden

Se define el cambio infinitesimal de Se define el cambio infinitesimal de entropía dS durante un proceso reversible entropía dS durante un proceso reversible como como

La entropía es una La entropía es una función de estadofunción de estado del del sistema.sistema.

Para calcular la variación de entropía en Para calcular la variación de entropía en procesos irreversibles basta encontrar un procesos irreversibles basta encontrar un camino reversible que conecte los estados camino reversible que conecte los estados inicial y final del sistema.inicial y final del sistema.

T

dQdS rev. S = [J/K]

3. Entropía en un gas ideal 3. Entropía en un gas ideal (procesos reversibles)(procesos reversibles)

Recordemos la primera Recordemos la primera ley de la termodinámica ley de la termodinámica de forma infinitesismalde forma infinitesismal

En un gas ideal En un gas ideal pV=nRTpV=nRT

Variación de entropía Variación de entropía total entre un estado 1 total entre un estado 1 y un estado 2y un estado 2

dWdUdQ

pdVdTCdQ v

V

dVnR

T

dTC

T

dQdS v

rev

1

2

1

2 lnlnV

VnR

T

TCS v

3.1 Proceso isotermo 3.1 Proceso isotermo (reversible)(reversible)

T= cteT= cte

Si el sistema aumenta Si el sistema aumenta de volumende volumen

En un sistema En un sistema Universo cerradoUniverso cerrado

La variación total de La variación total de entropía es nulaentropía es nula

1

2lnV

VnRSgas

T

QS gasgas

0 gasS

0 entornogas QQ 0 entornogas SS

0 entornogastotal SSS

3.1 Proceso isóbaro 3.1 Proceso isóbaro (reversible)(reversible)

El calor y la variación de El calor y la variación de entropía no son entropía no son proporcionalesproporcionales

P= cteP= cte

Si el sistema aumenta de Si el sistema aumenta de temperaturatemperatura

Si el proceso es reversibleSi el proceso es reversible

En procesos irreversiblesEn procesos irreversibles

1

2lnT

TCS pgas

0 gasS

0 entornogastotal SSS

T

dTC

T

dQdS p

rev .

0 totalS

)( 12 TTCQ pgas

3.2 Proceso isócoro (reversible)3.2 Proceso isócoro (reversible)

El calor y la variación de El calor y la variación de entropía no son entropía no son proporcionalesproporcionales

V= cteV= cte

Si el sistema aumenta de Si el sistema aumenta de temperaturatemperatura

Si el proceso es reversibleSi el proceso es reversible

En procesos irreversiblesEn procesos irreversibles

1

2lnT

TCS vgas

0 gasS

0 entornogastotal SSS

T

dTC

T

dQdS v

rev .

0 totalS

)( 12 TTCQ vgas

3.3 Expansión libre3.3 Expansión libreSupongamos el gas recluido Supongamos el gas recluido en un recipiente aislado de en un recipiente aislado de su entorno. Sobre él no se su entorno. Sobre él no se realiza ningún trabajo. realiza ningún trabajo. U=0, W=0, Q=0U=0, W=0, Q=0El gas se encuentra en un El gas se encuentra en un volumen V1. Al abrir la volumen V1. Al abrir la compuerta se expandirá compuerta se expandirá hasta ocupar todo el hasta ocupar todo el volumen.volumen.Es un proceso irreversible.Es un proceso irreversible.Para calcular la variación de Para calcular la variación de entropía debemos imaginar entropía debemos imaginar un proceso reversible que un proceso reversible que conecte los dos estados.conecte los dos estados.

Proceso reversible isotermo

El entorno no se ve modificado

La variación de entropía total es positiva Proceso irreversible

0ln1

2 V

VnRSgas

gastotal SS

4. Segunda ley de la 4. Segunda ley de la termodinámicatermodinámica

La segunda ley de la termodinámica La segunda ley de la termodinámica determina la dirección preferida de los determina la dirección preferida de los procesos irreversibles de la naturaleza procesos irreversibles de la naturaleza Hacia el máximo desorden.Hacia el máximo desorden.Si se incluyen todos los sistemas que Si se incluyen todos los sistemas que participan en un proceso, la entropía participan en un proceso, la entropía se mantiene constante o aumenta.se mantiene constante o aumenta.

Procesos reversibles Procesos reversibles S=0S=0Procesos irreversibles Procesos irreversibles S>0S>0

La entropía del Universo nunca puede disminuirLa entropía del Universo nunca puede disminuir

5. Otras Formulaciones5. Otras Formulaciones

Máquina térmica Máquina térmica (Kelvin):(Kelvin):

Es imposible extraer calor de Es imposible extraer calor de un sistema a una sola un sistema a una sola temperatura y convertirlo en temperatura y convertirlo en trabajo mecánico sin que el trabajo mecánico sin que el sistema o los alrededores sistema o los alrededores cambien de algún modo.cambien de algún modo.

Refrigerador Refrigerador térmico (Clausius):térmico (Clausius):

Es imposible un proceso Es imposible un proceso espontáneo cuyo único espontáneo cuyo único resultado sea el paso de calor resultado sea el paso de calor de un objeto a otro de mayor de un objeto a otro de mayor temperatura.temperatura.

T

Máquina

Q

WNo es posib

le

Th

Refrigerador

Qh

Tc

Qc

No es posib

le