2ª lei da termodinâmica -...
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RESUMO
• 1ª LEI DA TERMODINÂMICA
– Conservação da Energia
– reconhece o calor como uma forma de energia
• 2ª LEI DA TERMODINÂMICA
– O calor sempre flui espontaneamente do corpo mais quente para o mais frio.
RESUMO
• MÁQUINA TÉRMICA
• 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 sempre o mesmo rendimento.
H
CCarnot
T
T1
CICLO DE CARNOT
H
CCarnot
T
T1
Suponhamos uma caldeira de uma máquina a vapor esteja a 180 0C (T1 = 453K) e que o vapor escape diretamente para a atmosfera, conforme acontece numa locomotiva a vapor. Isto significa que a temperatura T2 é igual a 373K (temperatura de ebulição da água é 100 0C.
18,0453
3731
Significa que de cada 100 J, somente 18 J no máximo estariam produzindo trabalho útil.
CICLO DE CARNOT
H
CCarnot
T
T1
No exemplo anterior, ao invés de soltar para a atmosfera (perdendo vapor), podemos utilizar um condensador, permitindo reciclar o vapor em um circuito fechado, e permitir que ele seja resfriado (água corrente em uma serpentina). Logo, conseguiríamos abaixar T2 próximo da temperatura ambiente (300 K).
33,0453
3001
Permitindo quase duplicar o valor em relação ao anterior. Na prática, pode-se também elevar a temperatura da fonte quente.
ESCALA TERMODINÂMICA DE TEMPERATURA
𝜂 = 𝑊
𝑄𝐻= 1 −
𝑄𝐶
𝑄𝐻
H
C
CarnotH
C
T
T
Q
Q
H
CCarnot
T
T1
Kelvin percebeu que esta é a situação ideal para a introdução de uma escala termodinâmica
absoluta de temperatura.(não depende de propriedades específicas de uma dada substância).
+ temperatura de referência padrão (P. triplo H2O).
ZERO ABSOLUTO
TT
tr
tr
Podemos utilizar a relação anterior para determinar temperaturas abaixo do ponto
triplo da água (Ttr = 273,16 K)
onde Q é o calor transferido isotermicamente à temperatura T da fonte fria (T<Ttr) entre duas adiabáticas, num ciclo de Carnot entre T e Ttr.
O menor valor possível de Q define o menor valor possível de T (temperatura zero absoluto). Logo, um sistema estaria a temperatura zero absoluto se um processo isotérmico reversível nessa temperatura ocorresse sem transferência de calor (Q=0), onde isotérmicas e adiabáticas se confundiriam. Além disso, uma máquina térmica de Carnot atingiria 100% de eficiência utilizando um reservatório térmico na temperatura de zero absoluto (T2 = 0 K).
3ª LEI DA TERMODINÂMICA: NÃO É POSSÍVEL, POR QUALQUER SÉRIE FINITA DE PROCESSOS, ATINGIR A TEMPERATURA DE ZERO ABSOLUTO.
ZERO ABSOLUTO
Menor temperatura atingida em laboratório:
𝑇 ~ 10−10𝐾
ph.
Ludwig Boltzmann
ENTROPIA Qual é a chance de que a ordem das cartas pode ser restaurada ao desembaralhar?
ORDEM É IMPROVÁVEL! (estatística)
AUMENTO A ENTROPIA DO SISTEMA.