Sem7 electrmodi fisica ii
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FISICA II
SEMANA 7
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TERMODINÁMICA: SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA
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CONTENIDO
• MAQUINAS TÉRMICAS• SEGUNDA LEY DE LA TERMODINAMICA• MAQUINAS TÉRMICAS• EFICIENCIA DE UNA MAQUINA
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• Absorbe calor Qhot
• Realiza trabajo Wout
• Liberación de calor Qcold
Una máquina térmica es cualquier dispositivo que pasa por un proceso cíclico:
Dep. frío TC
Máquina
Dep. Caliente TH
Qhot Wout
Qcold
MÁQUINAS TÉRMICAS
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LA SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA
Es imposible construir una máquina que, al operar en un ciclo, no produzca efectos distintos a la extracción de calor de un depósito y la realización de una cantidad equivalente de trabajo
.
No sólo no puede ganar (1a ley); ¡ni siquiera puede empatar (2a ley)!
Wout
Dep. frío TC
Máquina
Dep. caliente TH
Qhot
Qcold
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LA SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA
Dep. frío TC
Máquina
Dep. caliente TH
400 J
300 J
100 J
• Máquina posible. • Máquina IMPOSIBLE.
Dep. frío TDep. frío TCC
Máquina
Dep. caliente TH
400 J 400 J
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EFICIENCIA DE UNA MÁQUINA
Dep. frío TDep. frío TCC
Máquina
Dep. caliente TDep. caliente THH
QH W
QC
La eficiencia de una máquina térmica es la razón del trabajo neto realizado W a la entrada de calor QH.
e = 1 - QC
QH
e = = W
QH
QH- QC
QH
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EJEMPLO DE EFICIENCIA
Dep. frío TDep. frío TCC
MáquinMáquinaa
Dep. caliente TDep. caliente THH
800 J W
600 J
Una máquina absorbe 800 J y desecha 600 J cada ciclo. ¿Cuál es la eficiencia?
e = 1 - 600 J
800 J
e = 1 - QC
QH
e = 25%
Pregunta: ¿Cuántos joules de trabajo se realizan?
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EFICIENCIA DE UNA MÁQUINA IDEAL (máquina de Carnot)
Para una máquina perfecta, las cantidades Q de calor ganado y perdido son proporcionales a las temperaturas absolutas T.
e = 1 - TC
TH
e = TH- TC
THDep. frío TDep. frío TCC
MáquinMáquinaa
Dep. caliente TDep. caliente THH
QH W
QC
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Ejemplo 3: Una máquina de vapor absorbe 600 J de calor a 500 K y la temperatura de escape es 300 K. Si la eficiencia real sólo es la
mitad de la eficiencia ideal, ¿cuánto trabajo se realiza durante cada ciclo?
e = 1 - TC
TH
e = 1 - 300 K
500 K
e = 40%
e real = 0.5ei = 20%
e = W
QH
W = eQH = 0.20 (600 J)
Trabajo = 120 J
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REFRIGERADORES
Un refrigerador es una máquina que opera a la inversa: realiza trabajo sobre gas que extrae calor del depósito frío y deposita calor en el depósito caliente.
Win + Qfrío = Qcaliente
WIN = Qcaliente - Qfrío
Dep. frío TDep. frío TCC
Máquina
Dep. caliente TDep. caliente THH
Qhot
Qcold
Win
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LA SEGUNDA LEY PARA REFRIGERADORES
Es imposible construir un refrigerador que absorba calor de un depósito frío y deposite igual calor a un depósito caliente con W = 0.
Si fuese posible, ¡se podría establecer movimiento perpetuo!
Dep. frío TC
MáquinMáquinaa
Dep. caliente TH
Qhot
Qcold
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COEFICIENTE DE RENDIMIENTO (COP)
Dep. frío TDep. frío TCC
MáquinaMáquina
Dep. caliente TH
QH W
QC
El COP (K) de una máquina térmica es la razón del CALOR Qc extraído al TRABAJO neto realizado W.
K = TH
TH- TC
Para un refrigerador IDEAL:
QC
WK = =
QH
QH- QC
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EJEMPLO DE COP
Un refrigerador de Carnot opera entre 500 K y 400 K. Extrae 800 J de un depósito frío cada ciclo. ¿Cuáles son COP, W y QH ?
Dep. frío TDep. frío TCC
Máquina
Dep. caliente TDep. caliente THH
800 J
WQH
500 K
400 K
K = 400 K400 K
500 K - 400 K500 K - 400 K
TC
TH- TC
=
COP (K) = 4.0
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EJEMPLO DE COP (Cont.)A continuación se encontrará QH al suponer el mismo K para un refrigerador real (Carnot).
Dep. frío TDep. frío TCC
Máquina
Dep. caliente TDep. caliente THH
800 J
WQH
500 K
400 K
K =K = QC
QH- QC
QH = 1000 J
800 J800 J
QQHH - 800 J - 800 J=4.0
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GRACIAS