A 2ª Lei da Termodinâmica

Prof. Flávio Cunha, Física – [email protected]
A 2ª Lei da Termodinâmica
A Base das Leis da Física
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O ‘Moto Perpetuum’

<1800: busca pelo moto perpetuum = movimento perpétuo.
Tipo 1: produz mais
energia que recebe, usa
parte para funcionar
para sempre!
Energia Saída
Saída: trabalho
Entrada: Calor Q

Máquina
Viola a 1ª Lei da Termodinâmica:  = Q - U, se U=0   ≤ Q sempre!
Tipo 2: produz a mesma
energia que recebe para
funcionar para sempre!
Entrada: Calor Q
Máquina
Energia
Saída
Saída:
trabalho

Será que é possível??
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NÃÃÃOO!! Viola a
2ª Lei da Termodinâmica!

Não é possível transformar calor de uma fonte
quente (Qq) em trabalho (τ) sem haver perdas
para uma fonte fria (Qf)! (1ª forma da 2a lei)
Perdas: Calor Qf
Entrada: Calor Qq
Saída: trabalho 
Máquina

As perdas podem ser reduzidas, mas NUNCA
eliminadas totalmente! É uma lei da natureza...
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DEVE haver perdas.




A perda de calor para uma fonte fria
não é uma fatalidade... É UMA
NECESSIDADE!
Para que haja trabalho deve haver
fluxo de energia; e para que haja esse
fluxo deve haver um desequilíbrio
térmico. (2ª forma da 2ª Lei)
Se não houver desequilíbrio físico
não há fluxo de energia; se não
houver fluxo, não há trabalho.
É como uma roda d’água numa
cachoeira: sem o desnível, teria como
rodar?
trabalho
Fonte
Quente
Calor
Tq > Tf
Altura maior
trabalho
Altura menor
Fonte
Fria
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Rendimento das Máquinas


O Rendimento η (letra
grega “eta”) de QUALQUER
COISA é calculado assim:
No caso de uma máquina
térmica:

Onde:

Logo:

Qq  Q f
Qq
util

total


Qq
  Qq  Q f
  1
Qf
Qq
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Por exemplo:


Um carro tem rendimento de
0,3 = 30%.
Isso significa que de cada 100L de gasolina que
consome (fonte quente), 30L apenas são
transformados em trabalho e o resto vai para o
meio ambiente (fonte fria).
Perdas: 70L
Entrada: 100L
Utilizado (trabalho): 30L
Carro
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A Máquina Perfeita Existe?


Sim, mas não tem rendimento 100%.
Sadi Carnot, engenheiro francês,
entendeu em 1824 que no máximo
poderia ser:
  1


Tf
Tq
Com a temperatura medida em Kelvins
(lembre que TK = TC + 273)
Note que η sempre será < 1, ou
seja, menor que 100%, pois Tf<Tq.
trabalho
Tq
Tf
Calor
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Como é essa máquina?

Deve operar nos ciclos:




AB: isotérmica
BC: adiabática
CD: isotérmica
DA: adiabática
Tente fazer esse gráfico no simulador em
www.fisicareal.com/transfGas2.html
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Resumindo...

A 2ª Lei da Termodinâmica diz que:



Não é possível transformar todo o calor em
trabalho; sempre haverão perdas.
Para haver trabalho deve haver um
desequilíbrio físico que gere um fluxo de
energia.
O rendimento de uma máquina nunca será
igual a 1, por mais “perfeita” que seja.