SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA

INTRODUCCIÓN

En la naturaleza existen un gran número de procesos que sólo se llevan a cabo en un sentido y no en el contrario, dirigiéndose finalmente hacia el equilibrio. Por ejemplo, revisemos los siguientes procesos:

El agua caliente dentro de una cafetera, comenzará a enfriarse, hasta igualar la temperatura del aire circundante. Sería sorprendente que en lugar de enfriarse, se pusiera más y más caliente, como si absorbiera energía del aire frío de la cocina.
El agua de una catarata, cae espontáneamente de un nivel alto a uno bajo, nunca en el sentido opuesto.
El agua y la tinta se mezclan espontánemente para formar una solución, pero no pueden separarse sin la intervención de un agente externo.
Una planta crece, da frutos y luego cambia sus hojas. Pensar en las hojas secas levantándose, uniéndose por si mismas al árbol y después convirtiéndose en brotes, resulta grotesco.
Un cigarrillo arde desprendiendo humo y produciendo cenizas, pero espontáneamente las cenizas y el humo no regeneran el cigarrillo.
Una pelota que cae al suelo finalmente dejará de botar.

Quedaríamos sorprendidos, si repentinamente, la pelota que yace quieta en el suelo, comenzara a estremecerse y después a rebotar, cada vez más alto.

La Primera Ley de la Termodinámica no predice la dirección de tales procesos, sin embargo, la Segunda Ley de la Termodinámica, establece el sentido con que se llevan a cabo los procesos espontáneos en el Universo.

Por otra parte, la Segunda Ley de la Termodinámica tiene gran aplicación dentro del campo de la ingeniería, para predecir la eficiencia máxima de las máquinas térmicas, tales como las máquinas de vapor, los motores de combustión de los automóviles, las turbinas de gas, etc.

Principo de Espontaneidad: Un proceso espontáneo es un proceso que tiene una tendencia natural a producirse sin tener que ser realizado por una influencia externa. el proceso reverso a un cambio espontáneo es no espontáneo. El punto en el que cambia el sentido de la espontaneidad se le llama punto de equilibrio.

MAQUINAS TÉRMICAS

Eolípila de Herón

Las máquinas térmicas, son máquinas que transforman el calor en trabajo. la primera máquina de este tipo fue una turbina de vapor primitiva (eolípila) que se atribuye a Herón de Alejandría (siglo I). Este juguete ingenioso, consistía en una caldera de vapor de agua, conectada a una esfera hueca de metal provista de dos tubos acodados, de tal manera que al ser expelido el vapor, la esfera comenzaba a girar.

no tuvo ninguna aplicación práctica

Pistón de Papin

No fue sino hasta 1690, cuando Denis Papin, desarrolló un pistón que se movía dentro de un cilindro impulsado por vapor de agua.

El pistón se eleva impulsado por el vapor y posteriormente, al enfriar el cilindro, el vapor se condensa produciendo un vacío que hace que el pistón descienda.

máquina de Savery para bombear agua

 

La idea de Papin fue puesta en práctica por Thomas Savery en 1698, al patentar la primera máquina de vapor que encontró un uso considerable en la extracción de agua de las minas de carbón y en la distribución de agua para casas habitación.

Su funcionamiento consiste esencialmente en inyectar vapor a un recipiente lleno de agua, hasta vaciar su contenido por un tubo colocado en la parte superior, controlado por una válvula.

Cuando el recipiente se vacía, cesa el suministro de vapor y el vapor remanente se condensa por medio de un chorro de agua fría, lo que provoca un vacío y permite que un tubo inferior, aspire agua del pozo.

máquina de Newcomen

 

La máquina de Savery fue subsecuentemente modificada de diversas maneras, todas ellas destinadas a mejorar la cantidad de agua y la altura a la que ésta podía elevarse

En 1705 Newcomen y Cawler, mejoraron la operación del pistón al forzar su caída por la acción de la presión atmosférica. Al hacerlo realizaba trabajo mecánico sobre una bomba que introducía el agua que se extraía.

La maquina de Newcomen fue superada por las innovaciones de James Watt en 1770. (aprieta el boton rojo on/off)

Posteriormente, en 1829 George Stephenson adaptó la máquina de Watt para hacer girar un eje y adaptarla para mover una locomotora.

La máquina vapor se transformó también en la máquina habitual para la navegación marina, lográndose alcanzar presiones de vapor muy altas y velocidades de pistón considerables.

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