Fisica General Burbano

344 PRIMER Y SEGUNDO PRINCIPIOS DE LA TERMODINÁMICA
dH
dT
dU dpv ( )
= + = cv
+ R ⇒ cp
=
dT dT
que comparada con (3), y de lo dicho arriba, nos lleva a la conclusión de que la entalpía desempeña
en las transformaciones isobáricas el mismo papel que la energía interna en las isocoras.
Para n moles la variación de entalpía será:
zT2
dH = ncp
dT ⇔ ∆H = n cp
dT = ncp
( T2 − T1)
T1
dH
dT
Esta última igualdad será cierta cuando c p
no dependa de la temperatura.
PROBLEMAS: 22al 24.
B) SEGUNDO PRINCIPIO DE TERMODINÁMICA
Fig. XVI-9.– Máquina térmica real.
Fig. XVI-10.– Máquina térmica ideal
(imposible).
El primer principio de termodinámica establece que la energía se conserva: la conversión del
calor y del trabajo expresada en éste sitúa al calor sobre la misma base que las demás energías.
Nos garantiza, por ejemplo, que al caer un cuerpo al suelo ocurre que la energía potencial del objeto
se convierte en cinética y cuando choca con el suelo, esta energía se transforma en energía interna
del cuerpo y del suelo; este primer principio no se opone al proceso inverso, es decir: no se
opone a que el cuerpo se eleve espontáneamente mientras se enfrían el suelo y el cuerpo; sin embargo,
no se ha observado que esto ocurra.
Hay muchos otros procesos que cumpliendo el primer principio de termodinámica nunca ocurren
en la naturaleza, tales como: el paso del calor de un sistema de menor temperatura a otro de
temperatura superior; tampoco ocurre de forma espontánea el proceso de comprensión de un gas
pasando de menor a mayor presión... En la naturaleza estos procesos ocurren espontáneamente
exactamente al revés y para poder realizarlos en sentido inverso es necesario un aporte de energía.
El segundo principio de termodinámica se ocupa de los procesos que, cumpliendo el primer
principio, ocurren o no en la naturaleza y explica la carencia de reversibilidad de éstos,
precisando el sentido y la forma en la cual las evoluciones son realmente posibles.
XVI – 15. Máquinas térmicas. Rendimiento de una máquina térmica
Es un proceso posible la transformación íntegra de trabajo en calor, pero nunca se ha podido
encontrar un procedimiento mediante el cual se convierta por completo una cantidad dada de calor
en trabajo.
«Una MÁQUINA TÉRMICA es todo dispositivo que transforma la energía térmica en trabajo
mecánico».
La invención de un dispositivo práctico que transformara la energía térmica en trabajo fue hecha
por Thomas Newcomen (1663-1729) en 1712, que construyó una máquina de vapor, compuesta
por un cilindro y un pistón en su interior, que fue aplicada con éxito en el bombeo de agua
en las minas; James Wat (1736-1819) en 1763 estudiando esta máquina, inició la serie de descubrimientos
y mejoras que convirtieron a la máquina de vapor en una fuente eficaz de potencia,
provocando la primera revolución industrial y al mismo tiempo el inicio de la Termodinámica.
En 1824 el ingeniero francés N. L. Sadi Carnot (1796-1832) cuando la máquina de Wat era ya
de uso corriente, y muchos años antes de que se enunciara el primer principio de termodinámica,
determina que:
Para que el calor se transforme en energía mecánica, realizando trabajo, es necesario un
desnivel térmico, es decir, un foco caliente y otro frío. El calor, al pasar del primero al segundo,
se puede transformar, en parte en trabajo (Fig. XVI-9).
Las primeras máquinas que se construyeron eran de muy bajo rendimiento ya que sólo una
pequeña parte del calor absorbido del foco caliente podía transformarse en trabajo útil; a medida
que se modernizaban los diseños de ingeniería en su construcción, se mejoraba el rendimiento de
estas máquinas y se albergaba la esperanza de inventar una máquina térmica capaz de convertir
totalmente una determinada cantidad de energía térmica en energía mecánica. A tal máquina se le
llamó MÓVIL PERPETUO DE SEGUNDA ESPECIE y sería capaz de transformar el calor en trabajo sin un
«salto» de temperatura (Fig.-XVI-10). La experiencia demuestra la imposibilidad de construir una
máquina que funcione de esta forma, y que sería capaz de captar la extraordinaria energía térmica
acumulada en los océanos o en la atmósfera. A la afirmación de esta imposibilidad, debida a Rudolf
Clausius (1822-1888) en 1867, se le denomina IMPOSIBILIDAD DEL MÓVIL PERPETUO DE SEGUNDA
ESPECIE. William Thomson (Lord Kelvin 1824-1907) juntamente con Max Planck (1858-1947)
enunciaron este principio diciendo:
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