Page 432 - Física Tippens: Conceptos y Aplicaciones, Séptima Edición Revisada

20.9 Segunda ley de la termodinámica 413

Veremos que la conversión de energía térmica en trabajo mecánico es un proceso de
pérdidas. La primera ley de la termodinámica señala que no podemos tener ganancias en un
¿Una máquina experimento de ese tipo. Dicho de otro modo, es imposible conseguir más trabajo por parte
de movimiento de un sistema que el calor que se le suministra. Sin embargo, esto no excluye la posibilidad de
permanente? seguir frenando. Es obvio que necesitamos otra regla que establezca que no es posible conver­
Según la segunda ley
de la termodinámica, tir el 100 por ciento de la energía térmica en trabajo útil. Esta regla constituye el fundamento
es imposible que de la segunda ley de la termodinámica.
exista una máquina de
movimiento permanente.
Segunda ley de la termodinámica: es imposible construir una máquina que,
No obstante, Maxwell
propuso la idea de un funcionando de manera continua, no produzca otro efecto que la extracción de
"diablillo" que abriría calor de una fuente y la realización de una cantidad equivalente de trabajo.
una pequeñísima puerta
para permitir el paso de Para profundizar más y hacer más aplicable este principio, suponga que estudiamos el fun­
partículas de movimiento cionamiento y la eficiencia de máquinas térmicas. Un sistema concreto puede ser un motor
rápido y luego la cerraría
para mantener fuera a las de gasolina, un motor de propulsión, una máquina de vapor o incluso el cuerpo humano. El
partículas de movimiento funcionamiento de una máquina térmica se describe mejor por medio de un diagrama similar
lento. Si el "diablillo" de al que se muestra en la figura 20.9. Durante la operación de una máquina general de este tipo
Maxwell pudiera realizar
ocurren tres procesos:
esta tarea sin usar
energía, la segunda ley 1. Una cantidad de calor <2ent se suministra a la máquina desde un recipiente a alta tem­
de la termodinámica no peratura T .
se cumpliría. Además
de divertir a algunos 2. La máquina realiza un trabajo mecánico mediante la utilización de una parte del
profesores de física, esta calor de entrada.
¡dea ha tenido poco uso
3. Una cantidad de calor <2sai se libera al recipiente de baja temperatura r a|.
en el mundo real.
Sin embargo, ahora
los científicos lograron La sustancia de trabajo empieza en un estado termodinámico específico descrito por su
construir un sistema de temperatura, presión, volumen y número de moles. Pasa por una serie de procesos y vuelve
engranaje y trinquete a su estado original. En este proceso cíclico, las energías internas inicial y final son iguales
formado por siete y A¡7 = 0. Por consiguiente, la primera ley de la termodinámica indica que el trabajo neto
anillos de benceno realizado en un ciclo completo está dado por
(compuestos químicos).
Ellos esperaban que Trabajo neto = calor de entrada — calor de salida
el trinquete forzara al
engranaje a girar en un
A W = Q m - Q ^ (20.7)
solo sentido. Si tal cosa
ocurría, eso significaría
que se había creado Si construimos un diagrama P-Vpara un motor que funcione en un ciclo completo, se formará
energía a partir de los un bucle cerrado y el área dentro de él será igual al trabajo neto realizado por el motor. Todas
movimientos al azar
las máquinas térmicas y los refrigeradores funcionan de tal modo cíclico.
de los compuestos.
Pero eso no ocurrió. El
engranaje giró con la
misma frecuencia en un
sentido que en otro. A
pesar de todo, tal vez
esto sólo sea el principio. Temperatura alta
¿Qué pasaría si el
trinquete se engranara
por medio de unas Q e nt \ ^ent
tenacillas en miniatura? M Ss-----^
En ese caso se cumpliría
la segunda ley de la
Máquina ) a w = e ent- e sa,
termodinámica, puesto
térmica
que las tenacillas
ejercerían la energía
necesaria para colocar el
trinquete en su lugar.
Q s al
Si desea ver una
simulación de este
"demonio de Maxwell",
Temperatura baja
de carácter teórico, visite
monet.physik.unibas.ch
Figura 20.10 Diagrama de una máquina térmica.