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DO SOL AO

AQUECIMENTO

Degradação da Energia.

2ª Lei da Termodinâmica

• A 1º Lei da Termidinâmica é um caso particular da Lei da

Conservação da Energia

«A energia de um sistema isolado

permanece constante»

2 Dulce Campos 18-04-2013

A 1ª Lei da Termodinâmica diz que a quantidade de

energia que um sistema fornece tem de ser igual à

que o outro recebe, de modo a atingir-se o equilíbrio

térmico

Saber em que sentido ocorre o processo de

transferência de energia, isto é, desde que a energia

se conserve qualquer sentido é permitido


É a 2ª Lei da Termodinâmica que define o sentido da

transferência de energia.

Uma chávena com café quente,

numa sala fria, arrefece de uma

forma espontânea e nunca o

contrário


Existem muitos outros processos espontâneos na Natureza

A bola, depois de cair, não volta para trás, a menos que se exerça uma ação

exterior ao sistema que a coloque de novo no ponto de partida'

A água de uma cascata natural desce sempre de um

ponto mais alto para outro mais baixo. Este processo é

espontâneo e irreversível, a não ser que se utilize uma

máquina para elevar a água a um nível superior'

O ferro exposto ao ar e à humidade, naturalmente, enferruja


Processo Reversível

• Em todos os processos referidos

anteriormente, está à partida

definido um sentido «natural»

para que eles ocorram

• O sentido inverso é impossível,

a menos que intervenha um

fator externo ao sistema

• A Lei da Conservação da Energia,

assim como a 1ª Lei da

Termodinâmica, verificam-se em

todos os casos. Estas leis de

conservação não seriam violadas,

se estes processos acontecessem

no sentido inverso ao da sua

evolução «natural». É a 2." Lei da

Termodinâmica que mostra em

que sentido decorre a evolução

«natural» dos fenómenos.


• Quando a bola cai ao chão, ocorrem deformações e

aquecimentos.

• Estes acontecimentos geram um acréscimo de calor no sistema e

nas suas vizinhanças.

• Mesmo que, por ação de uma máquina ou do Homem, se

voltasse a colocar a bola na sua posição inicial, o sistema e as

suas vizinhanças já não estariam nas mesmas condições iniciais.

• O processo é, por isso, irreversível.

O sentido de um processo irreversível é o da degradação de energia


Do ponto de vista físico, a energia degrada-se quando perde

a capacidade de realizar trabalho (trabalho útil).

Pode então definir-se um dos muitos

enunciados da 2ª Lei


Rudolf Clausius (1822-1888),

físico e matemático alemão.

A 2ª Lei da Termodinâmica pode ser

formulada em termos de uma nova

propriedade de estado de um sistema

designada por entropia e que é representada

pela letra maiúscula S

Definiu-a como sendo uma medida da perda

de capacidade do sistema para produzir

trabalho


Conhecido também como o Princípio do Aumento da Entropia,

permite chegar a algumas conclusões importantes :

• A entropia de um sistema isolado só se conserva para

processos reversíveis (processos independentes do

sentido): ΔS = 0;

• Em processos irreversíveis (processos de um só sentido) a

entropia aumenta: ΔS > 0

Através do conhecimento da variação da entropia do sistema, a.2ª Lei da

Termodinâmica determina o sentido em que um sistema pode evoluir

espontaneamente ao Iongo do tempo.


Quase todos os fenómenos que ocorrem são irreversíveis

e, por isso, a entropia do Universo (um sistema isolado

por definição) aumenta continuamente

Os processos que podem ocorrer tem de satisfazer a condição:

A entropia de um sistema isolado pode variar; no

entanto, a variação global terá de ser sempre

maior ou igual a zero: ΔS ≥ 0

Entropia do sistema 1

Entropia da vizinhança


A 2ª Lei da Termodinâmica afirma que a entropia não pode ser

destruída mas pode ser criada. A entropia é criada através da ocorrência

de processos irreversíveis, e este tipo de processos conduz a uma

degradação da energia. Ou seja, a entropia mede o grau de degradação da

energia do Universo.

Se, por uma qualquer razão, os livros estivessem todos misturados e

desorganizados, o grau de complexidade do sistema aumentava, e a

probabilidade de encontrar o livro pretendido seria muito pequena. O livro poderia

estar em qualquer posição ou estado' não conhecidos à partida. Esta menor

informação, ou maior incerteza é equivalente ao que se designa por desordem.


Fazendo a equivalência entre os livros da biblioteca e as

partículas de um sistema, verifica-se que o número de

estados (neste caso, designados por microestados)

possíveis de um sistema é infindável

É mais provável que o sistema esteja num estado desordenado do

que num estado ordenado, pois existem' para um mesmo sistema,

mais estados desordenados possíveis'

A uma maior complexidade do sistema

corresponderá um maior grau de desordem, ou uma

maior entropia.


Entropia é uma medida da desordem microscópica do sistema

Quando ocorrem processos irreversíveis (e

espontâneos), verifica-se sempre a passagem de um

estado organizado para outro mais desorganizado.

• Exemplo 1

Quando a bola cai e embate no solo, há deformações no sistema e

aumento da temperatura da bola e das suas vizinhanças devido ao atrito.

As partículas ficam mais desordenadas, ou seja, a entropia aumenta.

• Exemplo 2

Cubos de gelo a derreter num

copo são um exemplo de um

processo irreversível e de um

consequente aumento de entropia

do sistema.


A entropia é uma medida direta do estado

caótico, ou do grau de desordem de um

sistema

A entropia é tanto maior quanto maior é a desordem

microscópica do sistema ou, em termos energéticos, a entropia é

tanto maior quanto menor é a qualidade da energia

Todos os problemas relativos à degradação de

energia estão relacionados com o aumento da

entropia do Universo


16

Q.1.

Q.2.

Dulce Campos 18-04-2013

17

Q.4.

Q.3.


20

As máquinas térmicas e o seu rendimento


21

As máquinas térmicas e o seu rendimento


24

As máquinas frigoríficas e a sua eficiência


25



26


Eficiência de uma máquina frigorífica, ɛ


27



30

Energia

Transfere-se sob

a forma de sofre

Radiação Trabalho Calor

Degradação descrita pela

2ª Lei da

Termodinâmica

manifestada pela

os quais podem

provocar

Variação da

energia interna

1ª Lei da

Termodinâmica

transferem-se com pode provocar no

sistema transferem-se por

pode ser

verificada nas

onde se define onde se define

Máquinas

térmicas

Máquinas

frigorificas

Rendimento (ƞ)

𝜂 =𝑊

𝑄𝑄

Eficiência (ɛ)

𝜀 =𝑄𝐹

𝑊

Variação da temperatura

𝑄 = 𝑚𝑐Δ𝜃

Mudança de fase

𝑄 = 𝑚𝐿

convecção

condução

Δ𝑄Δ𝑡

=𝑘 𝐴 𝑇2−𝑇1

𝐿

facilidade dificuldade

que têm que têm

Bons condutores

térmicos

Maus condutores

térmicos

Elevada condutividade

térmica (k)

Baixa condutividade

térmica (k)


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