2ª Lei da Termodinâmica. Prof. Matheus Fontanelle Pereira

Transcrição

1 2ª Lei da Termodinâmica Prof. Matheus Fontanelle Pereira

2 Introdução Trabalho poderia ser obtido.

3 Oportunidades de gerar trabalho Qual é o máximo valor teórico do trabalho que poderia ser obtido? Quais são os fatores que poderiam impedir a realização do valor máximo?

4 Enunciado de Clausius É impossivel construir um dispositivo que opere segundo um ciclo e que não produza outros efeitos, além da transferência de calor de um corpo quente para um corpo frio.

5 Enunciado de Kelvin-Plank É impossivel construir um dispositivo que opere num ciclo termodinâmico e que não produza outros efeitos além do levantamento de um peso e troca de calor com um único reservatório térmico.

6 Identificando Irreversibilidades Um dos importantes usos da 2ª Lei é a determinação da máxima eficiencia teórica de sistemas. E comparando a eficiencia de um sistema real com a máxima eficiencia teorica, podemos saber o quanto podemos melhorar nosso sistema. No entanto, a máxima eficiencia teorica é avaliada através de processos idealizados, os quais diferem dos processos reais pela ausência das irreversibilidades.

7 Processos Irreversíveis Um processo é dito irreversivel se o sistema e sua vizinhança não puderem voltar ao estado inicial após o processo ter ocorrido. Já um processo é dito reversivel se o sistema e sua vizinhança puderem voltar ao estado inicial após o processo ter ocorrido.

8 Exemplos de irreversibilidades transferência de calor de um corpo quente para um corpo frio expansão não-restringida de um gás ou líquido para uma baixa pressão reações químicas espontâneas fricção tanto entre superfícies sólidas como em escoamento de fluidos corrente elétrica através de uma resistência deformações inelásticas

9 Processos Reversíveis Na prática, processos reversiveis não existem, eles são apenas idealizados. No entanto, existem processos que se aproximam de processos reversiveis, tais como: Um pendulo oscilando num espaço evacuado Um sistema cilindro-pistão contendo um gas sendo adiabaticamente expandido e comprimido com minimo atrito entre cilindro-pistão.

10 Aplicação da 2ª Lei para Ciclos termodinâmicos

11 Corolários de Carnot A eficiencia termica de um ciclo de potencia irreversivel é sempre menor que a eficiencia de um ciclo de potencia reversivel operando entre os mesmo reservatórios térmicos. todos os ciclos de potencia reversiveis operando entre os mesmos reservatorios possuem a mesma eficiencia térmica.

12 Ciclos de Refrigeração e Bombas de Calor

13 Escala Kelvin de Temperatura A transferencia de calor entre os reservatorios só depende da diferença de temperatura entre eles.

14 Eficiencia máxima dos ciclos em função da Temperatura dos Reservatórios Ciclos Motores Ciclos Refrigeradores

15 Ciclo de Carnot O Ciclo de Carnot é um ciclo de potência que representa a operação de uma máquina térmica entre dois reservatórios térmicos. Este ciclo desenvolve uma série de quatro processos internamente reversíveis: - dois processos adiabáticos e - dois processos isotérmicos.

16 Ciclo de Carnot cilindro/pistão Processo 1-2: o gás é comprimido adiabaticamente; Processo 2-3: o gás expande isotermicamente enquanto recebe calor do reservatório quente; Processo 3-4: o gás continua a expandir, mas agora adiabaticamente até a temperatura Tc; Processo 4-1: o gás é comprimido isotermicamente enquanto rejeita calor para o reservatório frio.

17 Ciclo de Carnot cilindro/pistão

18 Ciclo de Carnot planta de potência

19 Desigualdade de Clausius ---

20 A propriedade Entropia e então

21 A propriedade Entropia

22 A propriedade Entropia Na condição de saturação Para líquidos

23 A propriedade Entropia Diagrama Temperatura-Entropia

24 A propriedade Entropia Diagrama Entalpia-Entropia (ou Diagrama de Mollier)

25 Relações Termodinâmicas Da 1ª Lei: Então: Sabemos que: e

26 Relações Termodinâmicas Agora considerando: Pimba : Na forma diferencial: Rearranjando: Para propriedades intensivas:

27 Relações Termodinâmicas Na condição de saturação: ou

28 Relações Termodinâmicas Para Gases Ideais:

29 Balanço de Entropia para Sistemas Para um ciclo como o da figura: Para um processo internamente reversível: Substituindo na primeira equação:

30 Balanço de Entropia para Sistemas Outras formas do balanço

31 Balanço de Entropia para Volumes de Controle Em regime permanente:

32 Processo Isentrópico (uma simplificação útil)