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2ªLei Termodinâmica

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Capítulo 20
A segunda lei da
termodinâmica
Física II – Termondinâmica e Ondas
Sears | Zemansky | Young | Freedman
© 2008 by Pearson Education
slide 1
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slide 2
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slide 3
Máquinas Térmicas
(1ª Forma)
“Não é possível realizar uma
série de processos cujo único
resultado seja a transferência
de energia na forma de calor
de um reservatório térmico e
sua completa conversão em
trabalho”.
eficiência
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“Não existem máquinas térmicas perfeitas”
Caldeira
Vapor d’água
QH
Trabalho
(W)
realizado
Fonte quente
Água para refrigeração
Fonte fria
QC
Condensador
Refrigeradores
(2ª Forma)
“Não é possível uma série de
processos cujo único efeito seja
a transferência de energia na
forma de calor de um
reservatório a uma dada
temperatura para um
reservatório a uma temperatura
mais alta”.
Coeficiente de performance
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slide 6
A irreversibilidade se dá em processos espontâneos, porém, com
gasto de energia, é possível fazer processos ocorrerem de modo
inverso ao que ocorreria espontaneamente.
Como exemplo, temos a geladeira, uma máquina que retira calor de
seu interior (fonte fria) e despeja numa fonte quente através de um
trabalho executado por um compressor.
Fonte Quente
Assim, num refrigerador temos que:
Trabalho (W)
“Não existe m refrigeradores perfeitos”
Refrigerador
Fonte Fria
slide 7
O compressor envia o gás
liquefeito
(condensado)
comprimido por uma tubulação
(serpentina) de pequeno diâmetro
localizada na parte traseira do
refrigerador.
Na unidade de evaporação,
localizada no congelador e
painéis de resfriamento, o gás
passa a uma tubulação de maior
diâmetro
e
expande-se
rapidamente, evaporando num
processo adiabático, o que
provoca seu resfriamento.
Ao longo da tubulação do
evaporador, o calor flui do
interior da geladeira para o
gás, que retornará ao
compressor.
Imagem: SEE-PE, redesenhado a partir
de imagem de Autor Desconhecido.
W
QH
Então,
podemos
representar
esquematicamente
o
trabalho (W), o calor
lançado na fonte quente
(QH) e o calor retirado da
fonte fria (QC).
QC
Imagem: Ilmari Karonen / GNU Free Documentation License.
Entropia - S
A mudança no contexto onde uma energia é dispersada, de
uma maneira desordenada, depende da quantidade de energia
transferida sob a forma de calor.
Moléculas em um sistema a alta temperatura: altamente
desorganizados (localização e estados de energia)
Moléculas em um sistema a baixa temperatura: possuem
estados de energias mais baixos.
Fornecendo-se a mesma quantidade de calor aos dois
sistemas, resultará em uma adição relativamente pequena na
desordem do primeiro e maior efeito na desordem do
segundo sistema.
slide 9
Ao percorrer um ciclo reversível completo, a
soma algébrica da entropia é nula.
A variação S pra um sistema que sofre uma
mudança reversível de um estado inicial para
um estado final é definida por:
Unidade SI: J/K
Processo Isotérmico
2ª Lei da Termodinâmica
(3ª Forma)
“Em qualquer processo termodinâmico que vai de um estado
de equilíbrio para outro , a entropia do conjunto sistema +
ambiente aumenta ou permanece constante”
O Ciclo de Carnot
Dada uma fonte quente e uma fonte fria,
qual o máximo rendimento que se pode
obter de uma máquina operando entre estas
duas fontes
O processo precisa ser reversível
(não há atrito e é realizado lentamente, podendo ser revertido
em qualquer estágio)
4 estágios: 2 processos isotérmicos e 2 processos adiabáticos.
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Compressão
Adiabática
Compressão
Isotérmica
Expansão
Isotérmica
Expansão
Adiabática
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“Nenhuma máquina real, operando entre duas temperaturas
pode ter uma eficiência maior do que uma máquina de Carnot
operando entre as mesmas temperaturas”
Eficiência da máquina de Carnot
Se for operado de modo inverso, como um refrigerador, seu
coeficiente de performance será:
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