Segunda Lei da Segunda Lei da Termodinâmica Termodinâmica

Máquinas TérmicasMáquinas Térmicas

Profa Cristiane Tavolaro CONSA/1º EM - 2006

O grande astrofísico britânico Arthur Eddington uma vez proclamou:

'Se a sua teoria contrariar alguma lei da física tudo bem, é possível que a lei deva ser modificada. Mas se essa lei for a segunda lei da termodinâmica, pode jogar a sua teoria no lixo'

A Primeira Lei A Primeira Lei A essência da chamada A essência da chamada Primeira Lei da Primeira Lei da

Termodinâmica Termodinâmica pode ser formulada, de pode ser formulada, de forma simples, nos seguintes termos: forma simples, nos seguintes termos:

"Em todo processo natural, a energia do "Em todo processo natural, a energia do universo se conserva.“universo se conserva.“

É impossível construir uma máquina que gere energia do nada. É impossível construir uma máquina que gere energia do nada. Uma máquina que fizesse tal coisa seria um "moto perpétuo da Uma máquina que fizesse tal coisa seria um "moto perpétuo da primeira espécie", e não existe porque contradiz a Primeira Lei da primeira espécie", e não existe porque contradiz a Primeira Lei da Termodinâmica. Termodinâmica.

Q W U= + ∆

1) Temos duas canecas de alumínio, uma com 1 litro de água a 80oC e outra, com 1 litro de água a 20oC. Encostando uma na outra, a água quente esfria e a água fria esquenta até que ambas ficam na temperatura média de 50oC. E para retornar aos estados iniciais?

Poderíamos citar inúmeros processos como esses: copos que se quebram ao cair no chão, pilhas de lanterna que se descarregam, gelo que se derrete dentro do guaraná e assim vai. O que todos esses processos têm em comum é que podem ocorrer em um sentido mas não ocorrem, espontaneamente, no sentido oposto. São processos de mão única. Em termos mais técnicos, eles são chamados de processos irreversíveis, pois não revertem espontaneamente.

No entanto, esses processos poderiam se dar em qualquer dos dois sentidos sem contrariar a Primeira Lei da Termodinâmica. Isto é, sem violar o princípio da conservação da energia. Como o calor perdido por um foi ganho pelo outro, teria havido conservação de energia. Mas, sabemos que o processo inverso nunca ocorre.

A Segunda Lei da Termodinâmica expressa essa mania da natureza de estabelecer um sentido para os processos naturais espontâneos. Existem vários modos de enunciar essa Lei. Uma delas, devida a Rudolph Clausius, diz assim:

"É impossível haver transferência espontânea de calor de um objeto frio para outro mais quente."

Observe a condição "espontânea". Em sua geladeira, a todo instante passa calor de dentro para fora, resfriando o interior e aquecendo o exterior. Mas, isso só acontece se a geladeira estiver ligada na tomada e funcionando, isto é, consumindo energia elétrica. O processo, portanto, não é espontâneo, tem de ser induzido.

Segunda Lei da TermodinâmicaSegunda Lei da Termodinâmica

Lord Kelvin expressou-a tecnicamente como se segue:Lord Kelvin expressou-a tecnicamente como se segue:

"Não existe processo natural cujo único resultado seja resfriar um "Não existe processo natural cujo único resultado seja resfriar um reservatório de calor e realizar trabalho externo."reservatório de calor e realizar trabalho externo."

Em termos mais compreensíveis, esta lei observa o fato de que Em termos mais compreensíveis, esta lei observa o fato de que a a energia utilizável no universo está se tornando cada vez menorenergia utilizável no universo está se tornando cada vez menor. .

No final não haverá energia disponível sobrando. A partir deste fato No final não haverá energia disponível sobrando. A partir deste fato diz-se que o estado mais provável para qualquer sistema natural é um diz-se que o estado mais provável para qualquer sistema natural é um estado de desordem. Todos os sistemas naturais se degeneram quando estado de desordem. Todos os sistemas naturais se degeneram quando abandonados a si mesmos.abandonados a si mesmos.

A Segunda Lei da Termodinâmica afirma que a A Segunda Lei da Termodinâmica afirma que a quantidade de trabalho útil que você pode obter a partir quantidade de trabalho útil que você pode obter a partir da energia do universo está constantemente diminuindo. da energia do universo está constantemente diminuindo.

Quando se tem uma grande porção de energia Quando se tem uma grande porção de energia num “lugar”, tem-se alta temperatura aqui e baixa num “lugar”, tem-se alta temperatura aqui e baixa temperatura lá, então pode-se obter trabalho dessa temperatura lá, então pode-se obter trabalho dessa situação. situação.

Quanto menor for a diferença de temperatura, Quanto menor for a diferença de temperatura, menos trabalho você pode obter. menos trabalho você pode obter.

Então, de acordo com a Segunda Lei da Então, de acordo com a Segunda Lei da Termodinâmica, há sempre uma tendência para as áreas Termodinâmica, há sempre uma tendência para as áreas quentes se resfriarem e as áreas frias se aquecerem - quentes se resfriarem e as áreas frias se aquecerem - assim cada vez menos trabalho poderá ser obtido. assim cada vez menos trabalho poderá ser obtido.

Até que finalmente, quando tudo estiver numa Até que finalmente, quando tudo estiver numa mesma temperatura, você não poderá mais obter mesma temperatura, você não poderá mais obter nenhum trabalho disso, mesmo que toda a energia nenhum trabalho disso, mesmo que toda a energia continue lá. E isso é verdade para TUDO em geral, em continue lá. E isso é verdade para TUDO em geral, em todo o universo.“todo o universo.“

[Isaac Asimov in The Origin of the Universe in the ORIGINS: How [Isaac Asimov in The Origin of the Universe in the ORIGINS: How the World Came to Be video series 5299 USA: Eden the World Came to Be video series 5299 USA: Eden Communications, 1983).]Communications, 1983).]

A Segunda Lei e as Máquinas A Segunda Lei e as Máquinas TérmicasTérmicas

“ “ É impossível construir uma máquina É impossível construir uma máquina térmica que, operando em ciclo, térmica que, operando em ciclo, transforme em trabalho todo o calor a ela transforme em trabalho todo o calor a ela fornecido.”fornecido.”

A máquina de WattA máquina de Watt

O vapor proveniente da caldeira entra pela extremidade esquerda do cilindro, O vapor proveniente da caldeira entra pela extremidade esquerda do cilindro, empurrando-o para a direita. O vapor que etava à direita escapa pela saída E. empurrando-o para a direita. O vapor que etava à direita escapa pela saída E. Uma válvula deslizante desloca-se então para a esquerda, fechando a entrada de Uma válvula deslizante desloca-se então para a esquerda, fechando a entrada de vapor e abrindo a entrada da direita. Nesse instante o pistom recebe a pressão vapor e abrindo a entrada da direita. Nesse instante o pistom recebe a pressão dessa nova entrada de vapor e se desloca para a esquerda. Um novo movimento dessa nova entrada de vapor e se desloca para a esquerda. Um novo movimento da válvula deslizante permite a entrada de vapor à esquerda e o ciclo se repete.da válvula deslizante permite a entrada de vapor à esquerda e o ciclo se repete.

TURBINA A VAPORTURBINA A VAPOR

Motor a ExplosãoMotor a Explosão

MOTOR DE EXPLOSÃO A QUATRO TEMPOSMOTOR DE EXPLOSÃO A QUATRO TEMPOS

O cilindro possui uma válvula de admissão A, uma de escapamento B e uma vela V que provoca a explosão do combustível no momento oportuno.

A mistura explosiva ( gasolina e ar) chega `a câmara C através da válvula A.

a) No primeiro tempo, denominado admissão, a válvula A abre permitindo a entrada da mistura explosiva, enquanto o pistão desce no cilindro.

b)b) No segundo tempo, denominado compressão, a mistura é compromida na câmara C; o pistom sobe e a temperatura se eleva. As válvulas A e B ficam fechadas.

c) No terceiro tempo, denominado explosão ou expansão, a vela V produz uma faísca, causando a queima da mistura explosiva. Este é o único tempo no qual há gases quentes da combustão, por sua alta pressão, fazem o pistão descer, comunicando movimento de rotação a uma roda a ele acoplada.

d) No quarto tempo, denominado exaustão ou escapamento, a válvula B se abre, permitindo o escape de gases através do tubo E, enquanto o pistom sobe no cilindro.

Fechando-se a válvula B, uma nova descida do pistom e abertura da válvula A dão início a outro ciclo.

http://www.k-wz.de/vmotor/v_zylinds.html

http://www.k-wz.de/vmotor/v_omotors.html

A SEGUNDA LEIA SEGUNDA LEI

Q1 = T + Q2

“ É impossível construir uma máquina térmica que, operando

em ciclo, transforme em trabalho todo o calor a ela fornecido.”

Máquina Frigorífica

A serpentina onde é liberado o

calor que é retirado do

refrigerador, está situada na parte

posterior do aparelho.

A Segunda Lei da Termodinâmica

Q2 + T = Q1