Entalpía Entropía E a segunda lei da termodinámica

O obxectivo é desenvolver o entendemento básico dos seguintes conceptos:

• Enerxía interna e primeira lei da termodinámica

• O proceso cíclico e arbitrario dun sistema

• Reversibilidade e irreversibilidade

• Entropía e entalpía

• Segunda lei da termodinámica

Enerxía interna e primeira lei da termodinámica

Cando a enerxía dunha molécula dentro dun sistema está asociada á propiedade do sistema, denomínase enerxía interna (u).
A enerxía non pode crearse nin destruírse, e baseado neste principio, a enerxía interna (u) do sistema cambia sempre que a enerxía cruce os límites do sistema.
Así, a primeira lei da termodinámica pode expresarse como se indica a continuación cando o calor/traballo interactúa co sistema.

Na ecuación anterior, u é a enerxía interna por unidade de masa e q e w son o calor e o traballo por unidade de masa, respectivamente. A convención de signo adoptada na ecuación anterior é:
dq > 0 (considerado como positivo) ⇒ Transferencia de calor ao sistema
dq < 0 (considerado como negativo) ⇒ Transferencia de calor do sistema dw > 0 (considerado como positivo) ⇒ Traballo realizado polo sistema
dw < 0 (considerado como negativo) ⇒ Traballo realizado no sistema

Proceso cíclico e arbitrario dun sistema

Unha das formas importantes da primeira lei da termodinámica obtense cando

Integramos a ecuación anterior para un proceso cíclico.

Un sistema dícese que está nun proceso cíclico, cando despois de sufrir cambios aleatorios debido ao calor/traballo, volve ao seu estado orixinal.

Puntos a considerar son:

1. A integración de calquera diferencial de propiedade de estado é a diferenza dos seus límites.

2. O estado final é o mesmo que o estado orixinal e non hai cambio na enerxía interna do sistema.

Así, cando

O estado inicial e final da enerxía interna na ecuación anterior están representados por i e f. Substituíndo o anterior na ecuación (1), entón,

A ecuación (2) é a representación da integral de todo o traballo realizado polo sistema ou o traballo neto realizado polo sistema é igual á integral de toda a transferencia de calor ao sistema. Termodinámica de enxeñaría explora ademais os conceptos de sistemas e procesos.

Proceso arbitrario dun sistema

É o resultado da primeira lei da termodinámica e está relacionado coa ecuación (1) se un sistema implica un proceso arbitrario.

Nesta ecuación, q e w son o calor transferido e o traballo neto para o proceso, respectivamente, mentres que uf e ui son os valores finais e iniciais da enerxía interna (u). Nun sistema ríxido e aislado adiabático (w = 0, q = 0), a súa enerxía interna (u) permanece inalterada. Entón, a partir da ecuación (2) dun proceso cíclico.

Reversibilidade e irreversibilidade

Dise que un sistema está a realizar un proceso cando o seu estado inicial cambia ao estado final. Propiedades como presión, volume, entalpía, temperatura, entropía, etc., cambian durante un proceso termodinámico. A segunda lei da termodinámica categoriza os procesos en dúas cabezas

• Procesos ideais ou reversibles

• Procesos naturais ou irreversibles

Se as variacións de temperatura (t) e presión (p) son infinitesimais nun sistema que está a realizar un proceso, entón o proceso pode denominarse estados próximos ao equilibrio ou aproximándose á reversibilidade.
Dícese que o proceso é reversible internamente se o estado orixinal é restaurado na dirección inversa.
Dícese que o proceso é externamente reversible se o medio ambiente que acompaña o cambio tamén pode ser revertido en secuencia.
O proceso reversible é aquel que é reversible tanto interna como externamente.
Para medir o éxito dos procesos reais, os profesionais usan o proceso reversible como medida para comparar e acercar os procesos reais e actuais á reversibilidade, reducindo as perdas para aumentar a eficiencia dos procesos.

Irreversibilidade

Cando os procesos reais non cumpriron os requisitos de reversibilidade, entón o proceso chámase irreversible.
No proceso irreversível, o estado inicial do sistema e do entorno non pode ser devolto ao estado inicial desde o estado final. A entropía do sistema aumenta bruscamente no proceso irreversível e o valor non pode ser devolto ao valor inicial desde o valor final.
A irreversibilidade persiste debido ás variacións de presión, composición, temperatura, composición principalmente causadas pola transferencia de calor, fricción nos sólidos e líquidos, reacción química. Os profesionais están ocupados en poner os seus esforzos para reducir os efectos da irreversibilidade nos procesos e mecanismos.

Entropía e entalpía

Como a enerxía interna, a entropía e a entalpía son propiedades termodinámicas. A entropía representa co símbolo s e o cambio na entropía Δs en kJ/kg-K. A entropía é un estado de desorden. A entropía é o tema da segunda lei da termodinámica, que describe o cambio de entropía no sistema e no entorno respecto ao Universo.
A entropía define como a relación de transferencia de calor á temperatura absoluta nun sistema para un camiño termodinámico reversible.

Onde, qrev denota a transferencia de calor ao longo dun camiño reversible.
A entalpía (h) é unha propiedade de estado e defínese como,

Onde, h é a entalpía específica, u é a enerxía interna específica, v é o volume específico, p é a presión.
A partir da ecuación (1)

Por tanto

Diferenciando a ecuación (4) e substituíndoa na ecuación anterior, entón

Ambas ecuacións están relacionadas cos cambios na entropía debido aos cambios na enerxía interna e no volume na primeira, e aos cambios na entalpía e na presión na segunda ecuación.
Dado que todas as cantidades nestas dúas ecuacións son propiedades de estado, a entropía tamén é unha propiedade termodinámica.

Segunda lei da termodinámica

A segunda lei da termodinámica é coñecida por describir os seus límites no universo en termos do que o universo pode facer. A 2ª Lei trata máis sobre ineficiencias, decadencia e degradación.
Realizamos actividades no noso día a día que, por natureza, implican procesos ineficientes e irreversibles.
A 2ª lei da termodinámica pode expresarse de xeito máis conveniente en relación coa entropía:
A entropía define como o cambio infinitesimal na entropía dun sistema (dS) é a razón entre a cantidade medida de calor que entró no sistema cerrado (dqrev) e a temperatura común (T) no punto onde se produciu a transferencia de calor.

A segunda lei da termodinámica afirma que "O cambio de entropía considerase como non negativo".
OU
A enerxía do universo está gradualmente movéndose cara a un estado de desorden

Declaración: Respetar o orixinal, artigos boos mérito compartir, se hai infracción por favor contactar para eliminar.