Ciclos e Segundo Princípio

Transcrição

1 Ciclos e Segundo Princípio Trabalho e calor são equivalentes no que respeita a alterarem a energia interna de um sistema (1º Princípio). Mas... Trabalho e calor não se transformam um no outro da mesma maneira, em processos cíclicos (assimetria entre a conversão de trabalho em calor e de calor em trabalho).

2 Definição de algumas expressões utilizadas Móvel Perpétuo de Primeira Espécie sistema que viola o Primeiro Princípio da Termodinâmica, criando a sua própria energia a partir do nada. Móvel Perpétuo de Segunda Espécie sistema que viola o Segundo Princípio da Termodinâmica, convertendo integralmente calor de uma única fonte em trabalho ou transportando calor integralmente de uma fonte fria para uma fonte quente. Fonte de calor (ou Reservatório de calor) Sistema que interage com outros fornecendo ou absorvendo calor, sem que dessa interacção resulte uma variação significativa da sua temperatura ou de outra qualquer das suas coordenadas termodinâmicas. uer dizer que a sua capacidade térmica é práticamente infinita. Os melhores exemplos são os de sistemas com massa muito elevada.

3 Ciclo de Joule É possível transformar integralmente trabalho em calor num processo cíclico. Trabalho fornecido ao sistema Calor cedido à fonte fria (ou sumidouro de calor)

4 Ciclo de Mayer modificado É impossível um processo cíclico cujo único resultado seja a absorção de calor de uma fonte quente (ou fonte de calor) e a conversão desse calor em trabalho Enunciado de Kelvin-Planck do Segundo Princípio da Termodinâmica Processo U processos isotérmicos ab < 0 > 0 < 0 bc < 0 > 0 0 cd > 0 < 0 > 0 1 Máquina térmica da > 0 < ciclo 1-2 0

5 A 2ª Lei da Termodinâmica dá conta da assimetria em processos de transferência de energia. Essa assimetria pode ser posta em evidência notando que determinadas transformações são espontâneas ao passo que as transformações inversas não o são. Todas essas transformações são simétricas no que respeita à conservação da energia. Como veremos adiante, a quebra de simetria está relacionada com a diferença no sinal algébrico da variação da entropia do universo.

6 Enunciados do Segundo Princípio da Termodinâmica Enunciado de Kelvin-Planck É impossível construir uma máquina que, operando ciclicamente, tenha como único efeito a extracção de calor de uma fonte de calor e a realização de trabalho equivalente. Pode-se construir: = 1 Máquina térmica η = Rendimento da máq. térmica = N.B.: há processos em que calor fornecido ao sistema é convertido integralmente em trabalho, mas não são processos cíclicos (o estado final do sistema é diferente do estado inicial). Ex: expansão quase-estática e isotérmica de um gás ideal

7 Enunciado de Clausius É impossível construir uma máquina que, operando ciclicamente, tenha como único efeito a transferência de calor de uma fonte fria para uma fonte quente. Pode-se construir: µ = Eficiência da máq. frigorífica 2 = Máquina frigorífica 2

8 A equivalência dos enunciados de Kelvin-Planck (KP) e de Clausius (C) KP C significa que KP C C KP ou, alternativamente, KP C C KP M F Sistema composto F M Sistema composto