aula termodinamica 2

Disciplina: Física Geral 1

Prof. Heurison Silva

2a Lei da Termodinâmica, Máquinas Térmicas,

Refrigeradores



2ª Lei da Termodinâmica

Máquinas Térmicas

Refrigeradores




Refrigeradores

2a Lei da Termodinâmica




Refrigeradores


O que determina o sentido de certos fenômenos da

natureza?

Exemplo:

Sistema

organizado

Sistema

desorganizado




Refrigeradores


Outros exemplos:

Corpo quente Corpo frio

Bexiga cheia Bexiga estourada

calor

Grão de milho Pipoca

voltaida EE




Refrigeradores


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.

Sistema

organizado

Sistema

desorganizado

0S

l)(impossíve 0S




Refrigeradores


0 2 4 6 8 100

2

4

6

8

10

Pre

ssã

o (

u. a

.)

Volume (u. a.)

i

f

(Processo irreversível)

?

?

?

f

iif

T

dQSSS

Definição de variação de entropia

iS fSExpansão livre (irreversível)




Refrigeradores


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.

0 2 4 6 8 100

2

4

6

8

10

Pre

ssã

o (

u. a

.)

Volume (u. a.)

i

f

irrev

f

iifrev S

T

dQSSS

(Processo reversível)




Refrigeradores


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.

0SSegunda lei da termodinâmica




Refrigeradores

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?




Refrigeradores

Máquinas Térmicas




Refrigeradores

É um dispositivo que retira calor de sua

vizinhança e realiza trabalho útil.

Máquina térmica:

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

Máquina de Carnot

QA

QB

W

TA

TB

Máquinas Térmicas

http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Sadi_Carnot.jpeg




Refrigeradores

0 2 4 6 8 10 120

3

6

9

12

15

18

Pre

ssã

o (

u. a

.)

Volume (u. a.)

QA

QB

TA

TB

W

Sentido horário

QA

QB

W

TA

TB

Máquina de Carnot

Máquinas Térmicas




Refrigeradores

Calculando o trabalho W no ciclo completo

Em um ciclo completo:

0int WQE

0int E

Aplicando a 1a Lei:

0WQ WQ

BA QQQ

(calor líquido)

BA QQW

Trabalho resultante no ciclo de Carnot

Máquinas Térmicas




Refrigeradores

Calculando a variação de entropia S no ciclo completo

Em um ciclo completo:

0 BA SSSB

B

A

A

T

Q

T

QS

0;0 BA SS

B

B

A

A

T

Q

T

Q Variação de entropia num ciclo de

Carnot

Máquinas Térmicas




Refrigeradores

Eficiência térmica de uma máquina de Carnot

AQ

W

pagamos qual pela energia

obtemos que energia

Eficiência para uma máquina qualquer

A

B

CarnotT

T1 Eficiência para uma máquina de Carnot

Máquinas Térmicas




Refrigeradores

Exemplo 2: Imagine uma máquina de Carnot que opera entre as

temperaturas TA = 850 K e TB = 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?

b) Qual é a potência média desta máquina?

c) Quanta energia |QA| é extraída sob a forma de

calor do reservatório de alta temperatura a cada

ciclo?

d) Quanta energia |QB| 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?

QA

QB

W

TA

TB




Refrigeradores

Refrigeradores




Refrigeradores

É um dispositivo que utiliza trabalho para transferir

energia de um reservatório em baixa temperatura

para outro em alta temperatura, num processo

cíclico.

Refrigerador:

Retira calor de uma fonte fria e

transfere para a fonte quente

através da utilização de trabalho

Refrigerador de Carnot

QA

QB

W

TA

TB

Refrigeradores




Refrigeradores

0 2 4 6 8 10 120

3

6

9

12

15

18

Pre

ssã

o (

u. a

.)

Volume (u. a.)

QA

QB

TA

TB

W

Sentido anti-horário

Máquina de Carnot

- QA

QB

W

TA

TB

Refrigeradores




Refrigeradores

Desempenho de um refrigerador de Carnot

W

QK

B

pagamos qual pela energia

queremos que energia

Desempenho de um refrigerador qualquer

BA

BCarnot

TT

TK

Desempenho de um refrigerador de Carnot

Refrigeradores




Refrigeradores

Máquina térmica de James Watt

Máquina térmica

de Heron




Refrigeradores

http://cref.if.ufrgs.br/~leila/motor4t.htm




Refrigeradores

1. Admissão

2. Compressão

3. Ignição

4. Exaustão

Motor de Otto

http://pt.wikipedia.org/wiki/Imagem:4-Stroke-Engine.gif




Refrigeradores

Motor de três cilindros

http://www.qrmc.com/animationtext.htm




Refrigeradores

Máquina térmica de Heron

Turbina térmica

Motor de Otto

../Meus documentos/Documentos do Heurison/UFSCar/Física Geral 1 2007_1/heron.mpeg

../Meus documentos/Documentos do Heurison/UFSCar/Física Geral 1 2007_1/turbina.mpeg

../Meus documentos/Documentos do Heurison/UFSCar/Física Geral 1 2007_1/motor.mpeg




Refrigeradores

Obrigado pela atenção!

Estudem!

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