{"id":41454,"date":"2019-09-27T05:09:42","date_gmt":"2019-09-27T04:09:42","guid":{"rendered":"https:\/\/www.thermal-engineering.org\/que-es-la-ley-de-la-termodinamica-definicion\/"},"modified":"2020-01-19T19:03:49","modified_gmt":"2020-01-19T18:03:49","slug":"que-es-la-ley-de-la-termodinamica-definicion","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.thermal-engineering.org\/es\/que-es-la-ley-de-la-termodinamica-definicion\/","title":{"rendered":"\u00bfQu\u00e9 es la ley de la termodin\u00e1mica? Definici\u00f3n"},"content":{"rendered":"
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Existen cuatro leyes de la termodin\u00e1mica que definen cantidades f\u00edsicas fundamentales (temperatura, energ\u00eda y entrop\u00eda) y que caracterizan los sistemas termodin\u00e1micos.\u00a0Ingenieria termal<\/div>\n<\/div>\n
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Leyes de termodin\u00e1mica<\/h2>\n

Existen\u00a0cuatro leyes de la termodin\u00e1mica<\/strong>\u00a0que definen cantidades f\u00edsicas fundamentales (temperatura, energ\u00eda y entrop\u00eda) y que caracterizan los sistemas termodin\u00e1micos en\u00a0equilibrio t\u00e9rmico<\/strong><\/a>\u00a0.\u00a0Estas son consideradas como una de las leyes m\u00e1s importantes en toda la f\u00edsica.\u00a0Las leyes son las siguientes:<\/p>\n

Ley cero de termodin\u00e1mica:<\/strong><\/a><\/p>\n

Si dos sistemas est\u00e1n en equilibrio t\u00e9rmico con un tercero, entonces est\u00e1n en equilibrio t\u00e9rmico entre s\u00ed. \u00a0<\/em><\/p>\n

Esta ley proporciona una definici\u00f3n y un m\u00e9todo para definir temperaturas, quiz\u00e1s la propiedad intensiva m\u00e1s importante de un sistema cuando se trata de problemas de conversi\u00f3n de energ\u00eda t\u00e9rmica.<\/p>\n

Primera ley de la termodin\u00e1mica:<\/strong><\/a><\/p>\n

El aumento de la energ\u00eda interna de un sistema cerrado es igual al calor suministrado al sistema menos el trabajo realizado por \u00e9l. \u00a0<\/em><\/p>\n

Esta ley es el\u00a0principio de conservaci\u00f3n de la energ\u00eda<\/strong><\/a>\u00a0.\u00a0Es la ley m\u00e1s importante para el an\u00e1lisis de la mayor\u00eda de los sistemas y la que cuantifica c\u00f3mo se\u00a0transforma<\/strong>\u00a0la energ\u00eda t\u00e9rmica\u00a0en otras\u00a0formas de energ\u00eda<\/a>\u00a0.\u00a0De ello se deduce que las m\u00e1quinas de movimiento perpetuo del primer tipo son imposibles.<\/p>\n

Segunda ley de la termodin\u00e1mica:<\/strong><\/a><\/p>\n

La entrop\u00eda de cualquier sistema aislado nunca disminuye.\u00a0En un proceso termodin\u00e1mico natural, aumenta la suma de las entrop\u00edas de los sistemas termodin\u00e1micos que interact\u00faan. \u00a0<\/em><\/p>\n

Esta ley indica la\u00a0irreversibilidad<\/strong>\u00a0de\u00a0los procesos naturales<\/strong>\u00a0.\u00a0Los procesos reversibles<\/a>\u00a0son una ficci\u00f3n te\u00f3rica \u00fatil y conveniente, pero no ocurren en la naturaleza.\u00a0De esta ley se deduce que es imposible construir un dispositivo que funcione en un ciclo y cuyo \u00fanico efecto sea la transferencia de calor de un cuerpo m\u00e1s fr\u00edo a un cuerpo m\u00e1s caliente.\u00a0De ello se deduce que las m\u00e1quinas de movimiento perpetuo del segundo tipo son imposibles.<\/p>\n

Tercera ley de la termodin\u00e1mica:<\/strong><\/a><\/p>\n

La entrop\u00eda de un sistema se aproxima a un valor constante a medida que la temperatura se acerca al cero absoluto.<\/em><\/p>\n

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Basado en evidencia emp\u00edrica, esta ley establece que la\u00a0<\/span>entrop\u00eda<\/span><\/a>\u00a0de una sustancia cristalina pura es cero<\/span><\/strong>\u00a0en el\u00a0<\/span>cero absoluto de temperatura<\/span><\/strong>\u00a0, 0 K y que es imposible mediante cualquier proceso, sin importar cu\u00e1n idealizado est\u00e9, reducir la temperatura de un sistema a cero absoluto en un n\u00famero finito de pasos.\u00a0Esto nos permite definir un punto cero para la energ\u00eda t\u00e9rmica de un cuerpo.<\/span><\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n

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Versi\u00f3n popular de las leyes de la termodin\u00e1mica<\/span><\/h2>\n

0. Debes jugar el juego.<\/span><\/strong><\/p>\n

1. No puedes ganar;\u00a0solo puedes alcanzar el equilibrio.<\/span><\/strong><\/p>\n

2. Solo puede alcanzar el punto de equilibrio en el cero absoluto.<\/span><\/strong><\/p>\n

3. No puedes alcanzar el cero absoluto.<\/span><\/strong><\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n

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Trabajo y calor en termodin\u00e1mica<\/span><\/h2>\n<\/div>\n<\/div>\n
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Calor en termodin\u00e1mica<\/span><\/h2>\n

\"ley<\/a><\/p>\n

Ver tambi\u00e9n:\u00a0<\/span>calor en termodin\u00e1mica<\/span><\/a><\/p>\n

Ver tambi\u00e9n:\u00a0<\/span>trabajo en termodin\u00e1mica<\/span><\/a><\/p>\n

Mientras que\u00a0<\/span>la energ\u00eda interna se<\/span><\/strong>\u00a0refiere a la energ\u00eda total de todas las mol\u00e9culas dentro del objeto, el\u00a0<\/span>calor<\/span><\/strong>\u00a0es la cantidad de energ\u00eda que\u00a0<\/span>fluye<\/span><\/strong>\u00a0de un cuerpo a otro de forma espont\u00e1nea debido a su diferencia de temperatura.\u00a0<\/span>El calor<\/span><\/strong>\u00a0es una forma de energ\u00eda, pero es\u00a0<\/span>energ\u00eda en tr\u00e1nsito<\/span><\/strong>\u00a0.\u00a0El calor no es una propiedad de un sistema.\u00a0Sin embargo, la transferencia de energ\u00eda como calor ocurre a nivel molecular como resultado de una\u00a0<\/span>diferencia de temperatura<\/span><\/strong>\u00a0.<\/span><\/p>\n

Considere un\u00a0<\/span>bloque de metal<\/span><\/strong>\u00a0a alta temperatura, que consiste en \u00e1tomos que oscilan intensamente alrededor de sus posiciones promedio.\u00a0<\/span>A bajas temperaturas<\/span><\/strong>\u00a0, los \u00e1tomos contin\u00faan oscilando, pero con\u00a0<\/span>menos intensidad<\/span><\/strong>\u00a0.\u00a0Si un bloque de metal m\u00e1s caliente se pone en contacto con un bloque m\u00e1s fr\u00edo, los \u00e1tomos que oscilan intensamente en el borde del bloque m\u00e1s caliente emiten su energ\u00eda cin\u00e9tica a los \u00e1tomos menos oscilantes en el borde del bloque fr\u00edo.\u00a0En este caso, hay\u00a0<\/span>una transferencia de energ\u00eda<\/span><\/strong>\u00a0entre estos dos bloques y el\u00a0<\/span>calor fluye<\/span><\/strong>\u00a0del bloque m\u00e1s caliente al m\u00e1s fr\u00edo por estas vibraciones aleatorias.<\/span><\/p>\n

En general, cuando dos objetos se ponen en\u00a0<\/span>contacto t\u00e9rmico<\/span><\/strong>\u00a0, el\u00a0<\/span>calor fluir\u00e1<\/span><\/strong>\u00a0entre ellos\u00a0<\/span>hasta<\/span><\/strong>\u00a0que se\u00a0<\/span>equilibren<\/span><\/strong>\u00a0entre s\u00ed.\u00a0Cuando\u00a0existe\u00a0una\u00a0<\/span>diferencia de temperatura<\/span><\/strong>\u00a0, el calor fluye espont\u00e1neamente\u00a0<\/span>del sistema m\u00e1s c\u00e1lido al sistema m\u00e1s fr\u00edo<\/span><\/strong>\u00a0.\u00a0La transferencia de calor ocurre por\u00a0<\/span>conducci\u00f3n<\/span><\/strong>\u00a0o por\u00a0<\/span>radiaci\u00f3n t\u00e9rmica<\/span><\/strong>\u00a0.\u00a0Cuando se\u00a0<\/span>detiene<\/span><\/strong>\u00a0el\u00a0flujo de calor<\/strong>\u00a0, se dice que est\u00e1n a la\u00a0<\/span>misma temperatura<\/span><\/strong>\u00a0.\u00a0Luego se dice que est\u00e1n en\u00a0<\/span>equilibrio t\u00e9rmico<\/span><\/strong><\/a>\u00a0.<\/span><\/p>\n

Al igual que con el trabajo, la cantidad de calor transferido\u00a0<\/span>depende de la ruta<\/span><\/strong>\u00a0y no simplemente de las condiciones iniciales y finales del sistema.\u00a0En realidad, hay muchas maneras de llevar el gas del estado i al estado f.<\/span><\/p>\n

Adem\u00e1s, como con el trabajo, es importante distinguir entre el\u00a0<\/span>calor agregado<\/span><\/strong>\u00a0a un sistema de su entorno y el\u00a0<\/span>calor eliminado<\/span><\/strong>\u00a0de un sistema a su entorno.\u00a0Q es positivo para el calor agregado al sistema, por lo que si el calor sale del sistema, Q es negativo.\u00a0Debido a que W en la ecuaci\u00f3n es el trabajo realizado por el sistema, entonces si el trabajo se realiza en el sistema, W ser\u00e1 negativo y E\u00a0<\/span>int<\/span><\/sub>\u00a0aumentar\u00e1.<\/span><\/p>\n

El s\u00edmbolo\u00a0<\/span>q a<\/span><\/strong>\u00a0veces se usa para indicar el calor agregado o eliminado de un sistema\u00a0<\/span>por unidad de masa<\/span><\/strong>\u00a0.\u00a0Es igual al calor total (Q) agregado o eliminado dividido por la masa (m).<\/span><\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n

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Trabajo en termodin\u00e1mica<\/span><\/h2>\n
\"pdV<\/a>
p\u0394V El trabajo es igual al \u00e1rea bajo la curva de proceso trazada en el diagrama de presi\u00f3n-volumen.<\/span><\/figcaption><\/figure>\n

En termodin\u00e1mica, el\u00a0<\/span>trabajo<\/span><\/strong>\u00a0realizado por un sistema es la energ\u00eda transferida por el sistema a su entorno.\u00a0La energ\u00eda cin\u00e9tica, la energ\u00eda potencial y la energ\u00eda interna son formas de energ\u00eda que son propiedades de un sistema.\u00a0<\/span>El trabajo es una forma de energ\u00eda<\/span><\/strong>\u00a0, pero es\u00a0<\/span>energ\u00eda en tr\u00e1nsito<\/span><\/strong>\u00a0.\u00a0Un sistema no contiene trabajo, el trabajo es un proceso realizado por o en un sistema.\u00a0En general, el trabajo se define para sistemas mec\u00e1nicos como la acci\u00f3n de una fuerza sobre un objeto a trav\u00e9s de una distancia.<\/span><\/p>\n

W = F.\u00a0re<\/span><\/em><\/strong><\/p>\n

d\u00f3nde:<\/span><\/p>\n

W = trabajo (J)<\/span><\/p>\n

F = fuerza (N)<\/span><\/p>\n

d = desplazamiento (m)<\/span><\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n

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Motores de calor y eficiencia t\u00e9rmica<\/span><\/h2>\n
\"Ejemplo<\/a>
El ciclo de Rankine describe de cerca los procesos en motores de calor operados por vapor que se encuentran com\u00fanmente en la mayor\u00eda de las centrales t\u00e9rmicas.<\/span><\/figcaption><\/figure>\n

Las fuentes de energ\u00eda<\/span><\/strong><\/a>\u00a0siempre han jugado un papel muy importante en el desarrollo de la sociedad humana.\u00a0<\/span>La energ\u00eda<\/span><\/a><\/strong>\u00a0se define generalmente como el<\/span>\u00a0potencial para hacer\u00a0<\/span>trabajo<\/span><\/a><\/strong>\u00a0o producir\u00a0<\/span>calor<\/span><\/a><\/strong>\u00a0.\u00a0A veces es como la “moneda” para realizar el trabajo.\u00a0Una de las propiedades m\u00e1s maravillosas del universo es que la<\/span>\u00a0energ\u00eda puede transformarse de un tipo a otro<\/span><\/strong>\u00a0y<\/span>\u00a0transferirse de un objeto a otro<\/span><\/strong>\u00a0.<\/span><\/p>\n

En general, es f\u00e1cil producir\u00a0<\/span>energ\u00eda t\u00e9rmica<\/span><\/strong><\/a>\u00a0haciendo trabajo<\/span><\/strong>\u00a0, por ejemplo, mediante cualquier proceso de fricci\u00f3n.\u00a0Pero\u00a0<\/span>obtener trabajo de la energ\u00eda t\u00e9rmica<\/span><\/strong>\u00a0es m\u00e1s\u00a0<\/span>dif\u00edcil<\/span><\/strong>\u00a0.\u00a0Est\u00e1 estrechamente asociado con el\u00a0<\/span>concepto de entrop\u00eda<\/span><\/a>\u00a0.\u00a0Por ejemplo, la electricidad es particularmente \u00fatil ya que tiene\u00a0una entrop\u00eda\u00a0<\/strong><\/span>muy\u00a0<\/span><\/strong>baja<\/span><\/strong>\u00a0(est\u00e1 muy ordenada) y puede convertirse en otras formas de energ\u00eda de manera\u00a0<\/span>muy eficiente<\/span><\/strong>\u00a0.<\/span><\/p>\n

A veces,\u00a0<\/span>la energ\u00eda mec\u00e1nica<\/span><\/a>\u00a0est\u00e1 directamente disponible, por ejemplo, la energ\u00eda e\u00f3lica y la energ\u00eda hidroel\u00e9ctrica.\u00a0Pero la mayor parte de nuestra energ\u00eda proviene de la quema de\u00a0<\/span>combustibles f\u00f3siles<\/span><\/strong>\u00a0(carb\u00f3n, petr\u00f3leo y gas) y de\u00a0<\/span>reacciones nucleares<\/span><\/strong><\/a>\u00a0.\u00a0En la actualidad, el combustible f\u00f3sil sigue siendo la fuente de energ\u00eda predominante del mundo.\u00a0Pero la quema de combustibles f\u00f3siles genera\u00a0<\/span>solo energ\u00eda t\u00e9rmica<\/span><\/strong>\u00a0, por lo tanto, estas fuentes de energ\u00eda se denominan ”\u00a0<\/span>fuentes de energ\u00eda primaria<\/span><\/strong><\/a>\u00a0“, que deben\u00a0<\/span>convertirse<\/span><\/strong>\u00a0en\u00a0<\/span>fuente de energ\u00eda secundaria<\/span><\/a><\/strong>\u00a0, los llamados\u00a0<\/span>portadores de energ\u00eda<\/span><\/strong>\u00a0(\u00a0<\/span>energ\u00eda el\u00e9ctrica,<\/span><\/a>\u00a0etc.).\u00a0Para convertir la energ\u00eda t\u00e9rmica en otra forma de energ\u00eda, un\u00a0<\/span>motor t\u00e9rmico<\/span><\/strong>\u00a0debe ser usado.<\/span><\/p>\n

En general, un\u00a0<\/span>motor t\u00e9rmico<\/span><\/strong>\u00a0es un dispositivo que convierte la energ\u00eda qu\u00edmica en calor o energ\u00eda t\u00e9rmica y luego en energ\u00eda mec\u00e1nica o el\u00e9ctrica.\u00a0Muchos\u00a0<\/span>motores t\u00e9rmicos<\/span><\/strong>\u00a0\u00a0funcionan de manera c\u00edclica, agregando energ\u00eda en forma de calor en una parte del ciclo y utilizando esa energ\u00eda para realizar un trabajo \u00fatil en otra parte del ciclo.<\/span><\/p>\n

Por ejemplo, como es t\u00edpico en todas las\u00a0<\/span>centrales t\u00e9rmicas<\/span><\/strong>\u00a0convencionales\u00a0,<\/strong>\u00a0\u00a0el calor se utiliza para generar\u00a0<\/span>vapor<\/span><\/a>\u00a0que impulsa una\u00a0<\/span>turbina de vapor<\/span><\/strong>\u00a0conectada a un generador que produce electricidad.\u00a0<\/span>Los generadores de<\/span><\/a>\u00a0vapor, turbinas de vapor, condensadores y bombas de agua de alimentaci\u00f3n constituyen un\u00a0<\/span>motor t\u00e9rmico<\/span><\/strong>\u00a0, sujeto a las limitaciones de eficiencia impuestas por la\u00a0<\/span>segunda ley de la termodin\u00e1mica<\/span><\/strong>\u00a0.\u00a0En\u00a0<\/span>las centrales nucleares<\/span><\/a>\u00a0modernas,\u00a0la<\/a>\u00a0eficiencia termodin\u00e1mica general es de aproximadamente\u00a0<\/span>un tercio<\/span><\/strong>\u00a0(33%), por lo\u00a0que se necesitan\u00a0<\/span>3000 MWth<\/span><\/strong>\u00a0de energ\u00eda t\u00e9rmica de la reacci\u00f3n de fisi\u00f3n para generar\u00a0<\/span>1000 MWe<\/span><\/strong>\u00a0de energ\u00eda el\u00e9ctrica.<\/span><\/p>\n

Ver tambi\u00e9n:\u00a0<\/span>motores de calor<\/span><\/a><\/p>\n

Eficiencia t\u00e9rmica<\/span><\/h2>\n

Se define la\u00a0\u00a0<\/span>eficiencia t\u00e9rmica<\/span><\/strong><\/a>\u00a0,\u00a0\u00a0<\/span>\u03b7\u00a0<\/span>\u00ba<\/span><\/sub><\/em><\/strong>\u00a0, de cualquier motor t\u00e9rmico como la relaci\u00f3n entre el\u00a0\u00a0<\/span>trabajo<\/span><\/a>\u00a0\u00a0que hace,\u00a0\u00a0<\/span>W<\/span><\/strong>\u00a0, para el\u00a0\u00a0<\/span>calor<\/span><\/a>\u00a0\u00a0de entrada a la alta temperatura, Q\u00a0<\/span>H<\/span><\/sub>\u00a0.<\/span><\/p>\n

\"f\u00f3rmula<\/a><\/p>\n

La\u00a0\u00a0<\/span>eficiencia t\u00e9rmica<\/span><\/strong>\u00a0,\u00a0\u00a0<\/span>\u03b7\u00a0<\/span>th<\/span><\/sub><\/em><\/strong>\u00a0, representa la fracci\u00f3n de\u00a0\u00a0<\/span>calor<\/span><\/strong>\u00a0,\u00a0\u00a0<\/span>Q\u00a0<\/span>H<\/span><\/sub><\/strong>\u00a0, que se convierte\u00a0\u00a0<\/span>en trabajo<\/span><\/strong>\u00a0.\u00a0Es una medida de rendimiento sin dimensiones de un motor t\u00e9rmico que utiliza energ\u00eda t\u00e9rmica, como una turbina de vapor, un motor de combusti\u00f3n interna o un refrigerador.\u00a0Para una bomba de refrigeraci\u00f3n o de calor, la eficiencia t\u00e9rmica indica el grado en que la energ\u00eda agregada por el trabajo se convierte en salida neta de calor.\u00a0Como es un n\u00famero adimensional, siempre debemos expresar W, Q\u00a0<\/span>H<\/span><\/sub>\u00a0y Q\u00a0<\/span>C<\/span><\/sub>\u00a0\u00a0en las mismas unidades.<\/span><\/p>\n

Dado que la energ\u00eda se conserva de acuerdo con la\u00a0\u00a0<\/span>primera ley de la termodin\u00e1mica<\/span><\/strong>\u00a0<\/a>\u00a0y la energ\u00eda no se puede convertir en trabajo por completo, la entrada de calor, Q\u00a0<\/span>H<\/span><\/sub>\u00a0, debe ser igual al trabajo realizado, W, m\u00e1s el calor que se debe disipar como\u00a0\u00a0<\/span>calor residual Q\u00a0<\/span>C<\/span><\/sub><\/strong>\u00a0\u00a0en el ambiente.\u00a0Por lo tanto, podemos reescribir la f\u00f3rmula para la eficiencia t\u00e9rmica como:<\/span><\/p>\n

\"f\u00f3rmula<\/a><\/p>\n

Para dar la eficiencia como un porcentaje, multiplicamos la f\u00f3rmula anterior por 100. Tenga en cuenta que,\u00a0\u00a0<\/span>\u03b7\u00a0<\/span>th<\/span><\/sub><\/em><\/strong>\u00a0\u00a0podr\u00eda ser 100% solo si el calor residual Q\u00a0<\/span>C<\/span><\/sub>\u00a0<\/sub>\u00a0ser\u00e1 cero.<\/span><\/p>\n

En general, la eficiencia de incluso los\u00a0\u00a0<\/span>mejores motores t\u00e9rmicos<\/span><\/strong>\u00a0\u00a0es bastante baja.\u00a0En resumen, es\u00a0<\/span>\u00a0muy dif\u00edcil<\/span><\/strong>\u00a0\u00a0de convertir\u00a0<\/span>\u00a0la energ\u00eda t\u00e9rmica<\/span><\/a>\u00a0\u00a0a\u00a0\u00a0<\/span>la energ\u00eda mec\u00e1nica<\/span><\/a>\u00a0.\u00a0Las eficiencias t\u00e9rmicas suelen ser\u00a0\u00a0<\/span>inferiores al 50%<\/span><\/strong>\u00a0\u00a0y, a menudo, muy inferiores.\u00a0Tenga cuidado cuando lo compara con la eficiencia de la energ\u00eda e\u00f3lica o hidroel\u00e9ctrica (las turbinas e\u00f3licas no son motores de calor), no hay conversi\u00f3n de energ\u00eda entre la energ\u00eda t\u00e9rmica y mec\u00e1nica.<\/span><\/p>\n

Ver tambi\u00e9n:\u00a0<\/span>Principio de Carnot<\/span><\/a><\/p>\n

Ver tambi\u00e9n:\u00a0<\/span>eficiencia t\u00e9rmica<\/span><\/a><\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n

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……………………………………………………………………………………………………………………………….<\/p>\n

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Existen cuatro leyes de la termodin\u00e1mica que definen cantidades f\u00edsicas fundamentales (temperatura, energ\u00eda y entrop\u00eda) y que caracterizan los sistemas termodin\u00e1micos.\u00a0Ingenieria termal Leyes de termodin\u00e1mica Existen\u00a0cuatro leyes de la termodin\u00e1mica\u00a0que definen cantidades f\u00edsicas fundamentales (temperatura, energ\u00eda y entrop\u00eda) y que caracterizan los sistemas termodin\u00e1micos en\u00a0equilibrio t\u00e9rmico\u00a0.\u00a0Estas son consideradas como una de las leyes m\u00e1s importantes … Leer m\u00e1s<\/a><\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":[],"categories":[16],"tags":[],"yoast_head":"\n\u00bfQu\u00e9 es la ley de la termodin\u00e1mica? 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