TRABALHO DE FÍSICA II - A SEGUNDA LEI DA TERMODINÂMICA

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TRABALHO DE FÍSICA II
A SEGUNDA LEI DA TERMODINÂMICA
CAROLINE SOUSA PEREIRA
PRESIDENTE PRUDENTE
JUNHO/2019
Sumário
1.	Sentindo do processo termodinâmico (reversível e irreversível)	1
1.1	Processos irreversíveis	1
1.2	Processos Reversíveis	2
2.	Maquinas térmicas	2
3.	Ciclo de Otto	2
4.	Refrigerador	2
5.	Segunda Lei da Termodinâmica	2
6.	Ciclo de Carnot	2
7.	Entropia	3
8.	Referências	18
SENTINDO DO PROCESSO TERMODINÂMICO (REVERSÍVEL E IRREVERSÍVEL) 
Um processo termodinâmico é a evolução das propriedades termodinâmicas, em relação a um sistema termodinâmico particular. Para que seja possível estudarmos este processo, é necessário que o sistema esteja em equilíbrio termodinâmico no ponto inicial e final do processo; isto é, que as grandezas que passam por uma variação ao passar de um estado a outro devem ser completamente definidas em seus estados inicial e final.
	Muitos desses processos ocorrem naturalmente em um dado sentido, mas não em sentido oposto. Diante disso, temos que um processo termodinâmico tem seu sentido e ele pode ser reversível ou irreversível. 
a. PROCESSOS IRREVERSÍVEIS
Os processos termodinâmicos que ocorrem na natureza são todos processos irreversíveis, isso porque ocorrem sempre num só sentido, e assim, facilitando o reconhecimento da ordem temporal com que acontecem. 
Alguns efeitos que tornam os processos irreversíveis:
· Transferência de calor com diferença finita de temperatura.
· Expansão não resistida de um gás ou líquido para pressões mais baixas.
· Reações químicas espontâneas.
· Misturas espontâneas de matéria em diferentes composições ou estados.
· Atrito - por escorregamento ou de fluidos.
· Magnetização ou Polarização com histerese.
· Deformação não elástica
Como exemplo deste processo temos se o oxigênio e o nitrogênio forem mantidos em metades de um reservatório separados por uma membrana e ela estiver perfurada, as moléculas de oxigênio e nitrogênio se misturarão, e nunca veremos uma mistura de oxigênio e nitrogênio espontaneamente separada em diferentes metades do reservatório. (Serway & Jr, 2004)
b. PROCESSOS REVERSÍVEIS
Os processos reversíveis são processos que após terem ocorrido num dado sentido, também podem ocorrer naturalmente no sentido oposto (ou não), voltando ao seu estado inicial. 
Um sistema que realiza esse processo está sempre próximo do equilíbrio termodinâmico com as vizinhanças e no interior do próprio sistema. Portanto, é um processo de equilíbrio no qual o sistema está sempre em equilíbrio termodinâmico. A partir disso, temos que este processo é, em si, uma idealização e que todos os processos reais na Terra são irreversíveis. 
Temos, como exemplo, o fluxo de calor entre dois corpos com uma diferença de temperatura infinitesimal entre si que pode ser invertido variando apenas levemente uma ou outra temperatura. 
MÁQUINAS TÉRMICAS 
Segundo Sears, “qualquer dispositivo que transforma calor parcialmente em trabalho ou em energia mecânica denomina-se máquina térmica.” Este, por sua vez, é um aparelho muito útil na compressão da Segunda Lei da Termodinâmica. 
	Chama-se substância de trabalho a quantidade de matéria no interior da máquina que recebe ou injeta calor, expande-se e comprime-se ou sofre transições de fase. Em maquinas de combustão interna, esta é a mistura de gasolina com ar; já na turbina a vapor, é a água. 
	Uma máquina térmica carrega a substância de trabalho por um processo cíclico durante o qual, esta absorve a energia do calor de um reservatório de energia em alta temperatura, logo, o trabalho é realizado pela maquina e a energia é expelida pelo calor para um reservatório em temperatura mais baixa. Essa energia pode ser chamada de energia desperdiçada. No motor de combustão interna, o calor desperdiçado é aquele liberado nos gases quentes de exaustão e no sistema de resfriamento.
	
Neste caso, em que o sistema executa um processo cíclico, sua energia interna inicial é igual à energia interna final, diante disso, a primeira lei da termodinâmica exige que, 
Então, 
	Assim, temos que o calor total que flui para o interior da maquina durante o ciclo é igual ao trabalho liquido realizado pela máquina. 
	Ao analisarmos maquinas térmicas, temos dois corpos que podem interagir com a substância de trabalho, são eles o reservatório quente e o frio. 
c. RESERVATÓRIO QUENTE 
Representando a fonte de calor, o reservatório quente pode fornecer a substancia de trabalho grandes quantidades de calor a uma temperatura constante sem alterar significativamente a sua própria temperatura.
d. RESERVATÓRIO FRIO 
Pode absorver grades quantidades do calor rejeitado pela maquina a uma temperatura constante.Figura 2.1 Representação esquemática de uma máquina térmica
Na figura 2.1 há a representação esquemática de uma máquina térmica, onde Q1 é o calor absorvido pela máquina, esta por sua vez realiza o trabalho (τ) e em seguida, cede o calor Q2 ao reservatório frio (fonte fria). 
e. EFICIÊNCIA TÉRMICA
Quando uma máquina térmica repete indefinidamente o mesmo ciclo, QH e QC representam, o calor absorvido e o calor rejeitado pela máquina durante um ciclo, respectivamente. O calor total Q absorvido é,
A saída útil da maquina é o trabalho liquido W realizado pela substancia de trabalho e, pela primeira lei, temos, 
A eficiência térmica é dada por, 
definida como a proporção do trabalho realizado pela maquina com a energia absorvida na temperatura mais alta durante um ciclo,
	Esta equação mostra que uma máquina tem 100% de eficiência (e = 1) somente se Qc = 0, ou seja, uma máquina térmica com eficiência perfeita teria de expelir toda a energia que entrou pelo trabalho mecânico. Porém, pela declaração de Kevin-Planck, temos que “é impossível construir uma máquina térmica que, operando em um ciclo, não produza nenhum efeito além da absorção de energia por calor de um reservatório de igual quantidade de trabalho”. Logo, temos que, teoricamente, é impossível construir uma máquina que trabalhe com 100% de eficiência.