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624 Capítulo 22 Máquinas térmicas, entropía y segunda ley de la termodinámica
Categorizar
Como se vio en la figura 22.12, los procesos en el ciclo de Otto se clasifican como isovolumétrico y adiabático.
Analizar Modele la entrada y salida de energía en los
procesos B C y D A que se presentan por calor. (En
realidad, la mayor parte de la energía entra y sale por transferencia
de materia conforme la mezcla combustible–aire
entra y sale del cilindro.) Use la ecuación 21.8 para encontrar
las transferencias de energía por calor para dichos
procesos, que tienen lugar a volumen constante:
B S C 0Q h 0 nC V 1T C T B 2
D S A 0Q c 0 nC V 1T D T A 2
Sustituya estas expresiones en la ecuación 22.2:
1) e
W máq
0Q h 0
1
0Q c 0
0Q h 0
1
T D
T C
T A
T B
Aplique la ecuación 21.20 a los procesos adiabáticos
A B y C D:
A S B T A V A
g 1
T B V B
g 1
C S D T C V C
g 1
T D V D
g 1
Resuelva estas ecuaciones para las temperaturas T A y T D , y
note que V A V D V 1 y V B V C V 2 :
2)
T A
T B a V g 1
B
b
V A
3) T D T C a V g 1
C
b
V D
T B a V g 1
2
b
V 1
T C a V g 1
2
b
V 1
Reste la ecuación 2) de la ecuación 3) y reordene:
4)
T D
T A
T C T B
a V 2
V 1
b
g 1
Sustituya la ecuación 4) en la ecuación 1):
e 1
1
1V 1 >V 2 2 g 1
Finalizar Esta expresión final es la ecuación 22.7.
PREVENCIÓN DE RIESGOS
OCULTOS 22.4
La entropía es abstracta
La entropía es una de las
nociones más abstractas de la
física, así que siga con mucho
cuidado la explicación en ésta
y las secciones siguientes. No
confunda energía con entropía.
Aun cuando los nombres
suenen similares, los conceptos
son muy diferentes.
22.6 Entropía
La ley cero de la termodinámica incluye el concepto de temperatura, y la primera ley
el concepto de energía interna. Temperatura y energía interna son variables de estado: el
valor de cada una sólo depende del estado termodinámico de un sistema, no del proceso
que lo llevó a dicho estado. Otra variable de estado, relacionada con la segunda ley de la
termodinámica, es la entropía S. En esta sección se define la entropía a escala macroscópica,
como se expresó por primera vez por Clausius en 1865.
La entropía originalmente se formuló como un concepto útil en termodinámica. Sin
embargo, su importancia creció conforme el campo de la mecánica estadística se desarrolló
porque las técnicas analíticas de esta ciencia proporcionan un medio alternativo
de interpretación y un significado más global de la entropía. En mecánica estadística el
concepto de una sustancia se describe en términos del comportamiento estadístico de sus
átomos y moléculas. Un hallazgo importante en estos estudios es que los sistemas aislados
tienden hacia el desorden y la entropía es una medida de este desorden. Por ejemplo, considere
las moléculas de un gas en el aire de su habitación. Si la mitad de las moléculas de
gas tuviera vectores velocidad de igual magnitud dirigidos hacia la izquierda y la otra mitad
vectores velocidad de la misma magnitud dirigidos hacia la derecha, la situación sería muy
ordenada. Sin embargo, tal situación es extremadamente improbable. Si pudiera, vería
que las moléculas se mueven azarosamente en todas direcciones, rebotan unas con otras
y cambian de rapidez en las colisiones, y algunas van más rápido y otras más lento. Esta
situación es enormemente desordenada.