2ª Lei da Termodinâmica Máquinas Térmicas Refrigeradores

Transcrição

1 2ª Lei da Termodinâmica Máquinas Térmicas

2 2 a Lei da Termodinâmica

3 2 a Lei da Termodinâmica O que determina o sentido de certos fenômenos da natureza? Exemplo: Sistema organizado Sistema desorganizado

4 2 a Lei da Termodinâmica Outros exemplos: Corpo quente calor Corpo frio Bexiga cheia Bexiga estourada Grão de milho Pipoca E E ida volta

5 2 a Lei da Termodinâmica Entropia Grandeza associada à irreversibilidade dos processos físicos. É uma propriedade de estado. Postulado da Entropia Se um processo irreversível ocorre num sistema fechado, a entropia S do sistema sempre aumenta; ela nunca diminui. S 0 Sistema organizado S 0 (impossível) Sistema desorganizado

6 2 a Lei da Termodinâmica Pressão (u. a.) Si Expansão livre (irreversível) S f S S f S i i f dq T Definição de variação de entropia i??? f (Processo irreversível) Volume (u. a.)

7 2 a Lei da Termodinâmica Pressão (u. a.) Para encontrarmos a variação de entropia para um processo irreversível que ocorre em um sistema fechado, substituímos esse processo por qualquer outro processo reversível que conecta os mesmos estados inicial e final; calculamos S pela equação anterior i f S rev S f S i i f dq T S irrev Volume (u. a.) (Processo reversível)

8 2 a Lei da Termodinâmica Generalizando o Postulado da Entropia: Se um processo irreversível ocorre num sistema fechado, a entropia S do sistema aumenta para processos irreversíveis e permanece constante para processos reversíveis; ela nunca diminui. S 0 Segunda lei da termodinâmica

9 Exemplo 1: 1 mol de gás nitrogênio está confinado no lado esquerdo do recipiente. Abre-se a válvula e o volume do gás dobra. Quanto vale ΔS?

10 Máquinas Térmicas

11 Máquinas Térmicas Máquina térmica: É um dispositivo que retira calor de sua vizinhança e realiza trabalho útil. Retira calor de uma fonte quente e transfere uma parte para a fonte fria e uma outra parte converte em calor realizado sobre a vizinhança Q A T A W Máquina de Carnot Q B T B

12 Máquinas Térmicas Pressão (u. a.) Sentido horário Q A W T A Q A Q B T A T B W Q B T B Volume (u. a.) Máquina de Carnot

13 Máquinas Térmicas Calculando o trabalho W no ciclo completo Em um ciclo completo: E int 0 Aplicando a 1 a Lei: E Q W 0 int Q W 0 Q W Q Q Q A B W Q Q A B (calor líquido) Trabalho resultante no ciclo de Carnot

14 Máquinas Térmicas Calculando a variação de entropia S no ciclo completo Em um ciclo completo: S S S A B 0 S Q T A A Q T B B B S 0; S A Q Q A B Variação de entropia num ciclo de T A T Carnot B 0

15 Máquinas Térmicas Eficiência térmica de uma máquina de Carnot energia que obtemos energia pela qual pagamos W Q A Eficiência para uma máquina qualquer Carnot 1 T T B A Eficiência para uma máquina de Carnot

16 Exemplo 2: Imagine uma máquina de Carnot que opera entre as temperaturas T A = 850 K e T B = 300 K. A máquina realiza 1200 J de trabalho em cada ciclo, o qual leva 0,25 s. a) Qual é a eficiência desta máquina? T A b) Qual é a potência média desta máquina? c) Quanta energia Q A é extraída sob a forma de calor do reservatório de alta temperatura a cada ciclo? Q A Q B T B W d) Quanta energia Q B é liberada sob a forma de calor para o reservatório de baixa temperatura a cada ciclo? e) De quanto varia a entropia da substância de trabalho devido à transferência de energia do reservatório em alta temperatura para ela? E dela para o reservatório em baixa temperatura?

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18 Refrigerador: É um dispositivo que utiliza trabalho para transferir energia de um reservatório em baixa temperatura para outro em alta temperatura, num processo cíclico. T A Retira calor de uma fonte fria e transfere para a fonte quente através da utilização de trabalho Q A W Q B Refrigerador de Carnot T B

19 Pressão (u. a.) Sentido anti-horário Q A T A Q A W T A Q B Volume (u. a.) T B Q B T B W Máquina de Carnot

20 Desempenho de um refrigerador de Carnot K energia que queremos energia pela qual pagamos Q B W Desempenho de um refrigerador qualquer K Carnot T A T B T B Desempenho de um refrigerador de Carnot

21 Máquina de Heron térmica Máquina térmica de James Watt

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23 Motor de Otto 1. Admissão 2. Compressão 3. Ignição 4. Exaustão

24 Motor de três cilindros

25 Motor de Otto Máquina térmica de Heron Turbina térmica

26 Obrigado pela atenção! Estudem!