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Segunda Lei da Termodinâmica. seminário de Prática em Termodinâmica, FECLESC-UECE.
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Segunda Lei da Termodinâmica
Disciplina: Prática como Componente curricular em termodinâmica
Professor: Gilberto Dantas
Alunos: Erandi Lima
A Segunda Lei da Termodinâmica1ª Lei: calor é uma forma de energia;Qualquer processo em que a energia a
energia total seja conservada é compatível com a 1ª lei;
Enunciados de Clausius e Kelvin da segunda lei(K): É impossível realizar um processo cujo único efeito seja remover calor de um reservatório térmico e produzir uma quantidade equivalente de trabalho.
→ A geração de calor por atrito a partir de trabalho mecânico é irreversível;→ A expansão livre de um gás é um processo irreversível.
Enunciados de Clausius e Kelvin da segunda lei(C) É impossível realizar um processo cujo único efeito seja transferir calor de um corpo mais frio para um corpo mais quente.
→
Motor térmico. Refrigerador. Equivalência dos dois enunciadosMotor térmico; uma máquina térmica produz trabalho a partir de calor operando ciclicamente.
Q1 = calor fornecido ao sistema pela fonte;Q2 = calor fornecido pelo sistema à fonte fria.
Motor térmico. Refrigerador. Equivalência dos dois enunciadosRendimento de um motor térmico
O investimento em energia térmica fornecida é representado por Q1. o trabalho útil fornecido é W. o calor Q2 é um subproduto não aproveitado
Motor térmico. Refrigerador. Equivalência dos dois enunciadosRefrigerador O objetivo de um refrigerador é
remover calor Q2 de um reservatório térmico à temperatura T2, transferindo calor Q1 para uma fonte quente à temperatura T2.
Motor térmico. Refrigerador. Equivalência dos dois enunciadosEquivalência entre os dois enunciados (k) e
(C)
(K) Afirma que não existe um “motor miraculoso”, e (C) que não existe um “refrigerador miraculoso”.
Motor térmico. Refrigerador. Equivalência dos dois enunciadosO enunciado (K) implica (C)
Motor térmico. Refrigerador. Equivalência dos dois enunciados
O enunciado (C) implica (K)
Dadas uma fonte quente e uma fonte fria, qual é o máximo rendimento que se pode obter de um motor térmico operando entre essas duas fontes?Componentes de uma máquina de Carnot:
Um exemplo específico de máquina de Carnot consiste em que um sistema(agente) é um gás contido num recipiente de paredes adiabáticas, exceto pela sua base , que é diatérmica, e munido de um pistão. Há também uma base adiabática, sobre o qual o sistema pode ser colocado, e as fontes quente e fria.
O ciclo de Carnot
O ciclo de Carnot
Diagrama (P, V):
Um ciclo reversível com duas fontes é necessariamente formado de duas porções de isotérmicas por duas porções de adiabática.
Estágios de um ciclo de Carnot(1)- Partindo do ponto a, faz-se uma expansão isotérmica reversível à temperatura T1, até o ponto b;
O gás realiza trabalho e absorve uma quantidade de calor Q1 da fonte.
O ciclo de Carnot
(2)- A partir de b, o sistema colocado sobre a base isolante, sofre uma expansão adiabática reversível;
O gás realiza trabalho e sua energia interna diminui, com consequente queda de temperatura T1
para T2 (ponto c).
O ciclo de Carnot
(3)- Partindo de c, o recipiente é colocado em contato térmico com uma fonte fria e é submetido a uma compressão isotérmica reversível à temperatura T2 da fonte fria;
O gás recebe trabalho e fornece uma quantidade de calor Q2 à fonte fria, até chegar ao ponto d, situado sobre a adiabática que passa por a.
O ciclo de Carnot
(4)- Finalmente, a partir de d, o sistema é recolocado sobre a base isolante e submetido a uma compressão adiabática reversível, aquecendo o gás até que ele retorne à temperatura T1 da fonte.
Isto permite recolocá-lo em contato com essa fonte, voltando a (1) e fechando o ciclo.
O ciclo de Carnot
W= Q1 – Q2
O ciclo de Carnot
Teorema de Carnot(a) Nenhuma máquina térmica que opere entre
uma dada fonte quente e uma dada fonte fria pode ter rendimento superior ao de uma máquina de Carnot
(b) Todas as máquinas de Carnot que operem entre essas duas fontes terão o mesmo rendimento.
O ciclo de Carnot
Seja R um motor térmico de Carnot e seja I outro motor térmico qualquer, operando entre as mesmas duas fontes.
h𝑅=𝑄1−𝑄2
𝑄1
=1−𝑄2
𝑄1
=𝑊𝑄1
h𝐼=𝑄 ′1−𝑄 ′ 2
𝑄 ′ 1=1−
𝑄 ′2𝑄 ′1
= 𝑊𝑄 ′ 1
O ciclo de Carnot
O ciclo de Carnot
Entropia, processos reversíveis Sejam i e f dois estados de equilíbrio termodinâmico de um sistema. Supondo que esses caminhos sejam reversíveis e seja d’QR(R=reversível) as trocas de calor infinitésimas ao longo deles, logo:
De modo que:
Entropia, processos reversíveis Como a integral só depende de i e de f , se escolhermos um estado inicial padrão ele passa a depender somente de f.
Onde S é denominado de entropia
• Quando um sistema recebe calor Q>0, sua entropia aumenta;
• Quando um sistema cede calor Q<0, sua entropia diminui;
• Se o sistema não troca calor Q=0, sua entropia permanece constante.
Se a variação ΔS=Sf – Si é infinitesimal:dS=
Princípio do aumento a entropia
Sejam (R) e (I) dois caminhos diferentes, R=reversível e I=irreversível.
Princípio do aumento a entropiaComo R é reversível, podemos inverter o sentido de R trocando o sinal:
Generalizando:Em forma diferencial: