TERMODINAMICA: BACHILLERATO

Thermodynamics

PROFESOR: FLORENCIO PINELA

Junio de 20101FLORENCIO PINELA - ESPOL

(a) Sobre un gráfico de

coordenadas

cartesianas, (x, y)

representa un punto

individual.

(b) De manera similar,

sobre un diagrama o

plano p-V, las

coordenadas (V, p)

representan un estado

particular de un

sistema.

GRAFICANDO ESTADOS


• CUANDO UN GAS EXPERIMENTA UN

PROCESO TERMODINAMICO,

NORMALMENTE SE PRESENTAN

CAMBIOS EN SU PRESION, VOLUMEN

Y TEMPERATURA.

• Los gases tienen la propiedad de que al expandirse tienen la capacidad de realizar TRABAJO.

• La presión es la relación entre la fuerza y el área.

• P = F/AJunio de 20103FLORENCIO PINELA - ESPOL

Procesos más comunes con gases


Trayectorias de procesos

reversibles e irreversibles

• Si un gas va rápidamente del

estado 1 al estado 2, el proceso

es irreversible, debido a que no es

posible identificar los estados

intermedios.

• Sin embargo, si el gas es llevado

muy lentamente a través de

estados de equilibrio (como el

proceso de 3 a 4), el proceso es

llamado reversible.

• Reversible significa que se

puede volver por el mismo camino.


Reversible?

Most “physics” processes are reversible, you could play movie backwards and still looks fine. (drop ball vs throw ball up)

Exceptions: Non-conservative forces (friction)Heat Flow:Heat never flows spontaneously

from cold to hot


Q U W

U = Q - W

Heat flow into system

Increase in internalenergy of system

Work done by system

V

P

1 2

3

V1 V2

P1

P3

Equivalent ways of writing 1st Law:

The change in internal energy of a system ( U) is equal to the heat flow into the system (Q) minus the work done by the system (W)

First Law of Thermodynamics

Energy Conservation


First Law of ThermodynamicLa primera Ley de la Termodinámica es básicamente la Ley de Conservación de la Energía.

Calor añadido al

sistema: Q

Trabajo realizado

por el sistema: W

Cambio en la

energía interna del

sistema: U

Q = U + W


Convención de signos para Q, W, ΔU

(a) Si el flujo de calor entra al sistema, este es

considerado positivo (+Q).

(b) El flujo de calor que abandona o sale de un sistema

se considera negativo (-Q).

p pQ nc T

v vQ nc T


Signs Example

You are heating some soup in a pan on the stove. To keep it from burning, you also stir the soup. Apply the 1st law of thermodynamics to the soup. What is the sign of

1) Q

2) W

3) U

11Junio de 201010FLORENCIO PINELA - ESPOL

LA ENERGIA INTERNA DE UN GAS IDEAL

La forma experimental de determinar si la

energía interna de un gas cambia, es a

través de su temperatura.

Debido a que la energía interna de un gas depende

únicamente de la temperatura, si la temperatura del gas se

incrementa, se incrementará también su energía interna, es

decir, el cambio de la energía interna será positivo.

vU nc T

Esta expresión se utilizará siempre

para calcular el cambio en la

energía interna de un gas ideal

independiente del proceso

0U

El cambio en la Energía

interna es CERO si la

Temperatura permanece

constante durante el proceso


(c) Si un gas se expande (empuja en la dirección que se desplaza

el pistón), el trabajo que realiza es positivo (+W).

Si el gas es comprimido, el trabajo realizado por el gas es negativo

(-W). El gas presiona el émbolo en contra del desplazamiento

El trabajo depende del

proceso ejecutado por el gas

( )

( )

W F x

pA x

p A x p V

Work Done by a System

Esta expresión sirve para calcular el trabajo cuando la Presión se mantiene Constante.


Work Done by a System ACT

M

My

W = p V :For constant Pressure

W > 0 if V > 0 expanding system does positive work

W < 0 if V < 0 contracting system does negative work

W = 0 if V = 0 system with constant volume does no work

W = F d cos

=P A d = P A y = P V

The work done by the gas as it contracts is

A) Positive B) Zero C) Negative


Trabajo termodinámico como el área bajo la

cuerva de un proceso

(a) Si un gas se expande una cantidad

significante, el trabajo puede ser calculado

tratando la expansión en pequeños pasos,

cada uno involucrando una pequeña cantidad

de trabajo.

(b) Si el número de tiras rectangulares se

hace muy grande, y cada una muy

delgada, el cálculo del área se vuelve

exacta.

El trabajo realizado es igual al área bajo la

curva del proceso

( )W P V


El trabajo termodinámico depende

del proceso.

• El gráfico muestra el trabajo

realizado por el gas al

expandirse la misma cantidad,

pero siguiendo tres procesos

diferentes.

• En el proceso I el gas realiza

la mayor cantidad de trabajo.

¿En cuál de los procesos I, II o III se realiza mayor trabajo?

• La variación en el volumen es

la misma, pero el área bajo

cada uno de los procesos es

diferente.


Thermodynamic Systems and P-V Diagrams

ideal gas law: PV = nRT

for n fixed, P and V determine “state” of system

T = PV/nR

U = (3/2)nRT = (3/2)PV

Examples:

which point has highest T?

which point has lowest U?

to change the system from C to B,

energy must be (Added to : Removed from) system

V

P

A B

C

V1 V2

P1

P3


Q = U + W



Work done by system

V

P

1 2

3

V1 V2

P1

P3

Which part of cycle has largest change in internal energy, U ?

Which part of cycle involves the least work W ?

What is change in internal energy for full cycle?

What is net heat into system for full cycle (positive or negative)?

Some questions:

First Law Questions


Q = U + W



Work done by system

V

P

1 2

3

V1 V2

P1

P3

Which part of cycle has largest change in internal energy, U ?

2 3 (since U = 3/2 pV) o U = (3/2)nR T

Which part of cycle involves the least work W ?

3 1 (since W = p V)

What is change in internal energy for full cycle?

U = 0 for closed cycle (since both p & V are back where they started)

What is net heat into system for full cycle (positive or negative)?

U = 0 Q = W = area of triangle (>0)

Some questions:

First Law Questions


Pre-VUELO Consider a hypothetical device that takes 1000 J of heat from a hot reservoir at 300K, ejects 200 J of heat to a cold reservoir at 100K, and produces 800 J of work.

Does this device violate the first law of thermodynamics ?

1. Yes

2. No


Pre-VUELO Consider a hypothetical device that takes 1000 J of heat from a hot reservoir at 300K, ejects 200 J of heat to a cold reservoir at 100K, and produces 800 J of work.

Does this device violate the first law of thermodynamics ?

1. Yes

2. No

This device doesn't violate the first law of thermodynamics because no energy is being created nor destroyed. All the energy is conserved.


Proceso Isotérmico (temperatura constante)

, .

pV nRT

Si T const

pV C

Cp

V


Proceso Isotérmico (temperatura constante)

• Todo el calor entregado al gas

se convierte en trabajo (el gas

empuja el pistón)

• Debido a que ΔT = 0,

entonces ΔU = 0, y de acuerdo

a la primera ley de la

termodinámica, Q = W.

• El trabajo, como sabemos,

representa el área sombreada

bajo la curva del proceso

isotérmico.

2

1

lnV

W nRTV


2

1

lnV

W nRTV

Q W

0U

Q U W


Isotermic


1 LITRO DE GAS IDEAL A 5 ATM. Y 400 C. SE

EXPANDE ISOTERMICAMENTE HASTA DUPLICAR SU

VOLUMEN. DETERMINE EL CALOR, TRABAJO Y

CAMBIO DE ENERGIA INTERNA (EN JOULES) DEL

PROCESO


2 1isobaricoW p V V p V

vU nc T

Q U p V

pQ nc T


Isobaric


First Law of ThermodynamicsIsobaric Example

V

P

1 2

V1 V2

P

2 moles of monatomic ideal gas is taken

from state 1 to state 2 at constant pressure

p=1000 Pa, where V1 =2m3 and V2 =3m3. Find

T1, T2, U, W, Q. (R=8.31 J/k mole)


First Law of ThermodynamicsIsobaric Example

V

P

1 2

V1 V2

P2 moles of monatomic ideal gas is taken

from state 1 to state 2 at constant pressure

p=1000 Pa, where V1 =2m3 and V2 =3m3. Find

T1, T2, U, W, Q. (R=8.31 J/k mole)

1. pV1 = nRT1 T1 = pV1/nR = 120K

2. pV2 = nRT2 T2 = pV2/nR = 180K

3. U = (3/2) nR T = 1500 J

U = (3/2) p V = 1500 J (has to be the same)

4. W = p V = +1000 J

5. Q = U + W = 1500 + 1000 = 2500 J

Comprobemos

Q=ncp T

Q= n 5/2 R T

Q= 2x5/2x8,31x60

Q= 2495 J


10 MOL DE GAS IDEAL EXPERIMENTA LOS PROCESOS

INDICADOS EN LA FIGURA. DETERMINE LA CANTIDAD

DE CALOR Y EL CAMBIO EN LA ENERGIA INTERNA

INVOLUCRADA EN LOS PROCESOS 2 => 3 Y 4 => 5


Proceso Isométrico (gas ideal)

0W

Q U

vU nc T

Q W U


First Law of ThermodynamicsIsochoric Example


from state 1 to state 2 at constant volume

V=2m3, where T1=120K and T2 =180K. Find Q.

V

P

2

1

V

P2

P1


First Law of ThermodynamicsIsochoric Example


from state 1 to state 2 at constant volume

V=2m3, where T1=120K and T2 =180K. Find Q.

1. Q = U + W

2. U = (3/2) nR T = 1500 J

3. W = p V = 0 J

4. Q = U + W = 1500 + 0 = 1500 J

V

P

2

1

V

P2

P1

requires less heat to raise T at const. volume than at const. pressure


Homework Problem:

V

P 1 2

34

V

PW = P V (>0)

1 2

34

V > 0 V

PW = P V = 0

1 2

34

V = 0

V

PW = P V (<0)

1 2

34

V < 0 V

W = P V = 01 2

34

P

V = 0

V

P 1 2

34

Wtot > 0

Wtot = ??

El trabajo Total o Neto

del Ciclo es positivo


WORK ACT

V

P 1 2

34

En cuál de los procesos el trabajo es

negativo

a) 1 => 4

b) 4 => 3

c) 3 => 2

d) 2 => 1


WORK ACT

¿Cuál es el signo del trabajo NETO?

A) Positive B) Negative

V

P 1 2

34


PV ACTsShown in the picture below are the pressure versus volume graphs for two thermal processes, in each case moving a system from state A to state B along the straight line shown. In which case is the work done by the system the biggest?

A. Case 1

B. Case 2

C. Same A

B4

2

3 9 V(m3)

Case 1

A

B

4

2

3 9 V(m3)

P(atm)

Case 2

P(atm)


PV ACT 2Shown in the picture below are the pressure versus volume graphs for two thermal processes, in each case moving a system from state A to state B along the straight line shown. In which case is the change in internal energy of the system the biggest?

A. Case 1

B. Case 2

C. SameA

B4

2

3 9 V(m3)

Case 1

A

B

4

2

3 9 V(m3)

P(atm)

Case 2

P(atm)


PV ACT 2Shown in the picture below are the pressure versus volume graphs for two thermal processes, in each case moving a system from state A to state B along the straight line shown. In which case is the change in internal energy of the system the biggest?

A. Case 1

B. Case 2

C. SameA

B4

2

3 9 V(m3)

Case 1

A

B

4

2

3 9 V(m3)

P(atm)

Case 2

P(atm)

U = 3/2 (pfVc – piVi)

Case 1: U = 3/2(4x9-2x3)=45 atm-m3

Case 2: U = 3/2(2x9-4x3)= 9 atm-m3


PV ACT3Shown in the picture below are the pressure versus volume graphs for two thermal processes, in each case moving a system from state A to state B along the straight line shown. In which case is the heat added to the system the biggest?

A. Case 1

B. Case 2

C. Same A

B4

2

3 9 V(m3)

Case 1

A

B

4

2

3 9 V(m3)

P(atm)

Case 2

P(atm)


PV ACT3Shown in the picture below are the pressure versus volume graphs for two thermal processes, in each case moving a system from state A to state B along the straight line shown. In which case is the heat added to the system the biggest?

A. Case 1

B. Case 2

C. Same A

B4

2

3 9 V(m3)

Case 1

A

B

4

2

3 9 V(m3)

P(atm)

Case 2

P(atm)

Q = U + W

W is same for both

U is larger for Case 1

Therefore, Q is larger for Case 1


UN MOL DE GAS IDEAL EXPERIMENTA LOS

PROCESOS INDICADOS EN LA FIGURA. DETERMINE

EL TRABAJO REALIZADO AL IR DESDE 1 A 5 Y LA

TEMPERATURA EN LOS PUNTOS:1, 2, 3, 4, 5.


100 MOLES DE UN GAS IDEAL EXPERIMENTA EL

PROCESO INDICADO EN LA FIGURA. DETERMINE LA

CANTIDAD DE CALOR INVOLUCRADA EN EL PROCESO

E INDIQUE SI EL GAS ENTREGA O RECHAZA CALOR.


Comparando trabajos

• El gas realiza más

trabajo durante la

expansión isobárica que

durante la expansión

isotérmica.

• Se puede demostrar

que para el mismo

cambio de volumen, el

trabajo de 1 a 3 es

mayor que el trabajo de

1 a 2

Florencio Pinela-ESPOLJunio de 201042FLORENCIO PINELA - ESPOL

Ejemplo:

Dos moles de un gas

ideal monoatómico, que

inicialmente están a 0ºC

y 1 atm, se expanden al

doble de su volumen

inicial siguiendo dos

procesos distintos, uno

isotérmico y el otro

isobárico. Compare el

valor del trabajo

realizado por el gas en

cada uno de estos

procesos.


Ejemplo:

Dos moles de un gas ideal

monoatómico, que

inicialmente están a 0ºC y 1

atm, se expanden al doble de

su volumen inicial siguiendo

dos procesos distintos, uno

isotérmico y el otro isobárico.

Determine la cantidad de

calor involucrado en cada

uno de estos procesos e

indique si entra o sale calor.


Proceso Adiabático (sin transferencia de calor)

.pV const

pV C

Cp

V

Los procesos que se llevan muy

rápidamente pueden ser

considerados como adiabáticos.

: constante adiabáticap

v

c

c


Proceso Adiabático (sin transferencia de calor)

1. En un proceso adiabático (se

muestra con un cilindro

aislado térmicamente), el

calor ni entra ni sale del

sistema así, Q = 0.

2. Durante la expansión (como

se muestra), el gas realiza

trabajo positivo a expensas de

su energía interna: W = - ΔU.

3. Tanto la presión, volumen, y la

temperatura todas cambian.

4. El trabajo representa el área

bajo el proceso


Proceso Adiabático (gas ideal)

0Q

Q W U

vW U nc T

1 1 2 2

1

pV p VW

p

v

c

cConstante adiabática


0,1 moles de gas ideal experimentan el ciclo mostrado en la

figura. El ciclo se inicia en el punto C y se comprime

adiabáticamente hasta reducir su volumen a la tercera

parte. Determine las temperaturas de los puntos A, B, C y D


Un gas ideal que inicialmente esta a temperatura To,

volumen Vo y presión Po, se comprime a la mitad de

su volumen inicial como se muestra en la figura, el

proceso 1 es adiabático y el proceso 2 es isotérmico.

Ordene de mayor a menor el cambio en la energía

interna del gas durante los tres procesos


PROCESO TERMODINAMICO Q U W

ISOTERMICO 0

ISOBARICO

ISOMETRICO 0

ADIABATICO 0

vnc T

2

1

lnV

nRTV

2

1

lnV

nRTV

vnc T

vnc T

pnc T p V

vnc T

1 1 2 2

1

pV p V


Diagrama p-v para diferentes

procesos termodinamicos


TH

TC

QH

QC

W

HEAT ENGINE

TH

TC

QH

QC

W

REFRIGERATOR

system

system taken in closed cycle Usystem = 0

therefore, net heat absorbed = work done

QH - QC = W (engine)

QC - QH = -W (refrigerator)

energy into green blob = energy leaving green blob

Engines and Refrigerators


La Máquina Térmica y el ciclo

termodinámico1. La energía fluye de un reservorio a alta temperatura a la máquina

térmica, ésta realiza trabajo y expulsa la energía no utilizada a

otro reservorio a menor temperatura.

2. Qentra es igual a la suma del Wneto y Qsale, de acuerdo a la ley de

conservación de la energía

neto neto

entra sale neto

Q W

Q Q W


SEGUNDA LEY DE LA TERMODINAMICA

NO EXISTE MAQUINA TERMICA REVERSIBLE QUE

CONVIERTA TODO EL CALOR QUE RECIBE EN

TRABAJO, SIN PERDER CALOR.


SEGUNDA LEY DE LA TERMODINAMICA

NO EXISTE MAQUINA REFRIGERADORA REVERSIBLE QUE

EXTRAIGA CALOR A BAJA TEMPERATURA Y LO EXPULSE

NATURALMENTE A UNA REGION A ALTA TEMPERATURA,

SIN REALIZAR TRABAJO SOBRE ELLA.


ciclo ciclo cicloQ U W

0ciclo ciclo cicloU Q W

neto netoQ W


Suponga que el gas se expande desde el punto 1 hasta

el punto 5 y luego experimenta un proceso isométrico

desde el punto 5 hasta que su presión se reduce al

valor de P1 y seguidamente se cierra el ciclo isobárica

mente. Determine el valor del calor neto involucrado en

el ciclo.


Un mol de gas ideal se somete al ciclo de la figura. Determine:

A) el valor del trabajo involucrado en cada uno de los procesos.

B) el calor involucrado en cada uno de los procesos.

C) el valor de U en cada uno de los procesos.

D) U, Q y W para el ciclo completo.


1

1 0,082 40016,42 .

2

cC

c

nRT x xV V lit

p

1 0,082 40032,8

1

AD A

A

nRT x xV V lit

p

2 16,4 101,3 3322,6.

C D

JW atmx litx J

atm lit

1661,3A BW J2 32,8800

0,082

D DD

p V xT K

nR

3( ) 1 (8,314)(200 400) 2494

2A B v B AU nc T T x J

3( ) 1 (8,314)(800 400) 4988

2C D v D CU nc T T x J


El ciclo de cuatro tiempos de una máquina térmica

El ciclo que se muestra se conoce como ciclo de Otto.


Bombas Térmicas


(a) La figura muestra el diagrama generalizado de una bomba

térmica cíclica. La conservación de la energía se cumple, la

energía expulsada al ambiente a mayor temperatura es la suma

de las energía suministrada en forma de trabajo y la energía

extraída del ambiente a menor temperatura.

expulsado extraido ingresaQ Q W


(b) Un acondicionador de aire es un ejemplo de una bomba

térmica. Utilizando el trabajo suministrado, se transporta

calor, (extraído del ambiente frío del interior de la casa), al

exterior, (ambiente a mayor temperatura).

Termodinámicamente opera de forma similar a un

refrigerador.


Operación de un refrigerador

El refrigerador opera a través de un fluido refrigerante que trabaja entre

dos niveles de presión. A baja presión y temperatura se evapora

absorbiendo calor del ambiente frío. A alta presión y temperatura se

condensa eliminando el calor previamente absorbido.


En el dibujo se observan los cuatro elementos básicos para el

funcionamiento de un refrigerador:

El compresor.

El evaporador.

El condensador.

La válvula de expansión.


•El condensador: Condensa el

refrigerante en estado gaseoso

que ha comprimido el

compresor.

•La válvula de expansión: toma

el refrigerante líquido y hace

que caiga su presión al entrar al

evaporador.

•El evaporador: recibe el calor

del ambiente frío haciendo que

el líquido refrigerante se

evapore.

•El compresor: toma el

refrigerante gaseoso y le eleva

la presión para enviarlo al

condensador.


Heat Engine ACT

Can you get “work” out of a heat engine, if the hottest thing you have is at room temperature?

1) Yes 2) NoTH 300K

TC = 77K

QH

QC

W

HEAT ENGINE


Eficiencia térmica

neto

entregado

We

Q

• La eficiencia de una máquina se mide en función de

lo que se obtiene de la máquina en relación a lo que se

le entrega para que funcione.

• En las máquinas térmicas se entrega calor y se

obtiene trabajo neto.

• En las máquinas refrigeradoras se entrega energía

(trabajo) y se obtiene frio.

extraido

neto

Qk

W


TH

TC

QH

QC

W

HEAT ENGINEThe objective: turn heat from hot reservoir into work

The cost: “waste heat”

1st Law: QH -QC = W

efficiency e W/QH

=W/QH

= (QH-QC)/QH

e = 1-QC/QH

Heat Engine: Efficiency


TH

TC

QH

QC

W

REFRIGERATOR

The objective: remove heat from cold reservoir

The cost: work

1st Law: QH = W + QC

coeff of performance Kr QC/W

= QC/W

k = QC/(QH - QC)

Refrigerator: Coefficient of Performance


Carnot Cycle Idealized Heat Engine

The cycle of maximum thermal efficiency

No Friction

Reversible Process

Isothermal Expansion (1=>2)

Adiabatic Expansion (2=>3)

Isothermal Compression (3=>4)

Adiabatic Compression (4=>1)


El ciclo de Carnot: cont.

Es considerado el ciclo reversible de máxima eficiencia

térmica. El ciclo de Carnot consiste de dos isotermas y

dos adiabáticas. El calor es absorbido durante la

expansión isotérmica y expulsado durante la

compresión isotérmica.


Eficiencia térmica del ciclo de Carnot

1neto neto entra sale sale

entregado entra entra entra

Q Q QW Qe

Q Q Q Q

1baja

alta

Te

T


0,1 moles de gas ideal experimentan el ciclo mostrado en

la figura. El ciclo se inicia en el punto C y se comprime

adiabáticamente hasta reducir su volumen a la tercera

parte. Determine la eficiencia térmica del ciclo


DETERMINE LA EFICIENCIA TERMICA DEL

CICLO MOSTRADO EN LA FIGURA.


New concept: Entropy (S)

A measure of “disorder”

A property of a system (just like p, V, T, U)

related to number of different “states” of system

Examples of increasing entropy:

ice cube melts

gases expand into vacuum

Change in entropy:

S = Q/T >0 if heat flows into system (Q>0)

<0 if heat flows out of system (Q<0)


ACTA hot (98 C) slab of metal is placed in a cool (5C)

bucket of water.

What happens to the entropy of the metal?A) Increase B) Same C) Decreases

What happens to the entropy of the water?A) Increase B) Same C) Decreases

What happens to the total entropy (water+metal)?A) Increase B) Same C) Decreases

S = Q/T

S = Q/Twater – Q/Tmetal

Heat leaves metal: Q<0

Heat enters water: Q>0


The Second Law of Thermodynamics and the Entropy

The entropy change (Q/T) of the

system+environment 0

never < 0

order to disorder

Consequences

A “disordered” state cannot spontaneously transform into

an “ordered” state

No engine operating between two reservoirs can be more

efficient than one that produces 0 change in entropy. This

is called a “Carnot engine”

0universo sistema ambienteS S S

0universoS procesoirreversible

0universoS procesoreversible


El ciclo de Carnot, el ciclo de máxima

eficiencia térmica


TH

TC

QH

QC

W

HEAT ENGINE

The objective: turn heat from hot reservoir into work

The cost: “waste heat”

1st Law: QH -QC = W

efficiency e W/QH =W/QH = 1-QC/QH

S = QC/TC - QH/TH 0 Therefore, QC/QH TC/ TH

S = 0 for CarnotQC/QH = TC/ TH for Carnot

Therefore e = 1 - QC/QH 1 - TC/ TH

e = 1 - TC/ TH for Carnote = 1 is forbidden!e largest if TC << TH

Engines and the 2nd Law


ExampleConsider a hypothetical refrigerator that takes 1000 J of heat from a cold reservoir at 100K and ejects 1200 J of heat to a hot reservoir at 300K.

1. How much work does the refrigerator do?

2. What happens to the entropy of the universe?

3. Does this violate the 2nd law of thermodynamics?

TH

TC

QH

QC

W


ExampleConsider a hypothetical refrigerator that takes 1000 J of heat from a cold reservoir at 100K and ejects 1200 J of heat to a hot reservoir at 300K.

1. How much work does the refrigerator do?

2. What happens to the entropy of the universe?

3. Does this violate the 2nd law of thermodynamics?

Answers:

200 J

Decreases

yes

TH

TC

QH

QC

W

QC = 1000 J

QH = 1200 JSince QC + W = QH, W = 200 J

SH = QH/TH = (1200 J) / (300 K) = 4 J/K

SC = -QC/TC = (-1000 J) / (100 K) = -10 J/K

STOTAL = SH + SC = -6 J/K decreases (violates 2nd law)


Comprobemos conceptosConsider a hypothetical device that takes 1000 J of heat from a hot reservoir at 300K, ejects 200 J of heat to a cold reservoir at 100K, and produces 800 J of work.

Does this device violate the second law of thermodynamics ?

1. Yes

2. No


Comprobemos conceptosConsider a hypothetical device that takes 1000 J of heat from a hot reservoir at 300K, ejects 200 J of heat to a cold reservoir at 100K, and produces 800 J of work.

Does this device violate the second law of thermodynamics ?

1. Yes

2. No

W (800) = Qhot (1000) - Qcold (200)

Efficiency = W/Qhot = 800/1000 = 80%

Max eff = 1-Tc/Th =1 - 100/300 = 67%

SH = QH/TH = (-1000 J) / (300 K) = -3.33 J/K

SC = +QC/TC = (+200 J) / (100 K) = +2 J/K

STOTAL = SH + SC = -1.33 J/K (violates 2nd law)


Comprobemos conceptosWhich of the following is forbidden by the second law of thermodynamics?

1. Heat flows into a gas and the temperature falls

2. The temperature of a gas rises without any heat flowing into it

3. Heat flows spontaneously from a cold to a hot reservoir

4. All of the above Answer: 3


Comprobemos conceptosWhich of the following is forbidden by the second law of thermodynamics?

1. Heat flows into a gas and the temperature falls

2. The temperature of a gas rises without any heat flowing into it

3. Heat flows spontaneously from a cold to a hot reservoir

4. All of the above


TERMODINAMICA: BACHILLERATO

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