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SEGUNDO PRINCIPIO DE TERMODINÁMICA 345

«Es imposible que exista una transformación cuyo único resultado final fuese convertir en
trabajo el calor extraído de una fuente».
Cumpliendo con el principio anterior, todas las máquinas térmicas tienen un foco caliente y
otro frío.
«Toda máquina térmica es un sistema que múltiples veces realiza un ciclo cerrado (realiza
un proceso cerrado)».
Supongamos que durante el ciclo la «sustancia de trabajo» (por ejemplo un gas), primeramen-
te se expansiona desde un volumen inicial V hasta el volumen V , a continuación se comprime
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hasta el volumen inicial V . Para que el trabajo durante el ciclo sea mayor que cero (área del ciclo,
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véase el párrafo 4 de este capítulo), la presión para cada valor de V (y, por tanto, la temperatura)
en el proceso de expansión debe ser mayor que durante la compresión; para que esto ocurra, en
la expansión habrá que comunicar una determinada cantidad de calor Q, procedente del foco ca-
liente, a la sustancia de trabajo, mientras que en la compresión ésta deberá ceder una cantidad de
calor Q¢(Q¢<0) al foco frío.
Aplicando el primer principio de termodinámica a un ciclo cerrado se obtiene que dQ =dW,
e integrando para el ciclo descrito por la sustancia de trabajo: Q +Q¢=W. Es evidente que con
cuanta mayor eficacia transforme la máquina térmica el calor Q que recibe del foco caliente en tra-
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bajo útil W, mejor será la máquina. Por esta razón, caracterizamos las máquinas térmicas por su
rendimiento h que se define como:
«RENDIMIENTO DE UNA MÁQUINA TÉRMICA es el trabajo obtenido por cada unidad de calor cedi-
da por el hogar».
Un rendimiento 0,3 quiere decir que de cada caloría cedida por el foco caliente únicamente
0,3 se transforma en trabajo. El rendimiento tiene por valor:

Q
W Q + ¢
h = =
Q Q
De todo lo anterior, deducimos que, puesto que Q¢es negativo, el rendimiento nunca puede
ser mayor que la unidad.
Al invertir el ciclo representado en la Fig. XVI-11 obtenemos una máquina frigorífica que junto
con la de vapor y los motores de explosión se describen más adelante.
PROBLEMAS:25 y 26.

XVI – 16. Procesos reversibles e irreversibles
Son procesos reversibles los que tienen dos características fundamentales:

1. Están exentos de todo efecto disipativo, como la viscosidad del fluido de trabajo y el roza-
miento de sus piezas móviles.
2. Se realizan cuasiestáticamente, es decir: el proceso es una sucesión de indefinidos estados Fig. XVI-11.– Funcionamiento de
de equilibrio, y de forma tal que modificando infinitamente poco las causas de la transfor- una máquina térmica (motor).
mación, ésta se puede realizar en sentido contrario.

Supongamos un sistema aislado en equilibrio termodinámico, por ejemplo un gas encerrado
en un cilindro con un émbolo que puede deslizarse sin rozamiento por el interior de aquél y que se
encuentra cargado con una masa determinada; las paredes del cilindro, su base y el émbolo (de
cierre hermético) son de un material aislante perfecto. El equilibrio se consigue cuando la presión
exterior (carga del émbolo) es igual a la interior del gas (p ) y la temperatura (T ) y el volumen que
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ocupa (V ) en el interior del cilindro permanecen constantes con el tiempo. Expansionemos el sis-
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tema pasándolo a otro estado de equilibrio definido por p , T , V ; de las muchas formas que te-
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nemos de realizar esta transformación analizaremos dos casos extremos:
A) Disminuyendo la carga del émbolo de forma repentina, el gas se expansiona rápidamente
y tendremos que esperar a que se establezca el equilibrio. Durante esta transformación el
sistema no es homogéneo (el gas se encuentra en estado turbulento) y su temperatura y
presión no está definidas; este proceso no se puede representar en un diagrama (V, p),
puesto que no conocemos cuáles son la temperatura y presión asociados a un volumen in-
termedio. El sistema pasa del estado de equilibrio (p , T , V ) al (p , T , V ) a través de una
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serie de estados que no son de equilibrio.
B) Si disminuimos la carga del émbolo en un peso infinitamente pequeño, el gas se expansio-
na hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio infinitamente próximo al primero. Las su-
cesivas e infinitas descargas elementales del émbolo nos producirán la expansión del gas
desde un volumen V a V . Si en vez de descargar el émbolo se hubiesen efectuado cargas,
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el gas se hubiese comprimido en vez de expansionarse. Podemos representar este proceso