Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

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CAPÍTULO 6
observaciones experimentales. A la fecha, no se ha realizado ningún experimento
que contradiga la segunda ley y esto se debe tomar como prueba suficiente
de su validez.
Equivalencia de los dos enunciados
Los enunciados de Kelvin-Planck y Clausius son equivalentes en sus consecuencias,
y se puede usar cualquiera como expresión de la segunda ley de
la termodinámica. Cualquier dispositivo que viole el enunciado de Kelvin-
Planck también viola el de Clausius, y viceversa. Esto se puede demostrar
como sigue.
Se tiene la combinación, mostrada en la figura 6-27a), de dos dispositivos:
una máquina térmica y un refrigerador, combinación que opera entre los
mismos dos depósitos. Se supone que la máquina térmica tiene, violando el
enunciado de Kelvin-Planck, una eficiencia térmica de 100 por ciento y en
consecuencia convierte todo el calor Q H que recibe en trabajo W. Este trabajo
se suministra ahora a un refrigerador que elimina calor en la cantidad Q L
del depósito de baja temperatura y rechaza calor en la cantidad de Q L Q H
hacia el depósito de alta temperatura. Durante este proceso, el depósito a alta
temperatura recibe una cantidad neta de calor Q L (la diferencia entre Q L
Q H y Q H ). Así, la combinación de estos dos dispositivos se puede considerar
como un refrigerador, como se ilustra en la figura 6-27b), que transfiere calor
en una cantidad Q L desde un cuerpo más frío hacia otro más caliente sin
requerir ninguna entrada desde el exterior. Esto es una violación clara del
enunciado de Clausius. Por lo tanto, se puede concluir que una violación
del enunciado de Kelvin-Planck da como resultado una violación del enunciado
de Clausius.
De una manera similar también se puede demostrar que una violación del
enunciado de Clausius origina la violación del de Kelvin-Planck. Entonces,
los enunciados de Clausius y Kelvin-Planck son dos expresiones equivalentes
de la segunda ley de la termodinámica.
Depósito de alta temperatura
a T H
Depósito de alta temperatura
a T H
Q H
Máquina
térmica
η ter = 100%
Q H + Q L
Q L
W net
Refrigerador
Refrigerador
= Q H
Q L
Q L
Depósito de baja temperatura
a T L
a) Un refrigerador propulsado por una máquina
térmica con 100 por ciento de eficiencia
Depósito de baja temperatura
a T L
b) El refrigerador equivalente
FIGURA 6-27
Comprobación de que la violación del
enunciado de Kelvin-Planck da lugar a la
violación del enunciado de Clausius.