AULA 13

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Capítulo 7
 Segunda Lei 
da 
Termodinâmica
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A primeira lei não impõe nenhuma restrição quanto às direções dos fluxos de calor e trabalho. Ela apenas estabelece que, para um sistema que efetua um ciclo, a integral cíclica do calor é igual à integral cíclica do trabalho.
Se um dado ciclo proposto não viola a primeira lei, não está assegurado que este ciclo possa realmente ocorrer. Esse tipo de evidência experimental levou à formulação da segunda lei da termodinâmica. Assim, um ciclo somente ocorrerá, se tanto a primeira como a segunda lei da termodinâmica forem satisfeitas.
A segunda lei indica que todos os processos conhecidos ocorrem naturalmente num certo sentido e não no oposto. Uma xícara de café quente esfria em virtude da transferência de calor para o meio.
Consideraremos primeiramente a segunda lei para um sistema percorrendo um ciclo.
COMENTÁRIOS PRELIMINARES
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7.1 – MOTORES TÉRMICOS E REFRIGERADORES
Tomemos como exemplo o sistema constituído pelo gás na figura abaixo e façamos com que este percorra um ciclo. Primeiramente realiza-se trabalho sobre o sistema, mediante o abaixamento do peso e através das pás do agitador, e completemos o ciclo, transferindo-se calor para o meio.
Entretanto, não podemos inverter este ciclo, ou seja, se transferirmos calor ao gás, como vemos na flecha pontilhada, a sua temperatura aumentará, mas a pá não girará e não levantará o peso.
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Um outro exemplo é o de dois sistemas, como mostrado na figura abaixo, um a alta temperatura e o outro a baixa temperatura.
Suponha um processo no qual determinada quantidade de calor é transferida do sistema a alta para o de baixa temperatura. Sabemos que esse processo pode ocorrer. Sabemos, além disso, que o processo inverso, ou seja, a passagem de calor do sistema à baixa para o de alta temperatura, não pode ocorrer e que é impossível completar o ciclo apenas pela transferência de calor entre os sistemas.
7.1 – MOTORES TÉRMICOS E REFRIGERADORES
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7.1 – MOTORES TÉRMICOS E REFRIGERADORES
É evidente que o gás realizou trabalho durante o ciclo pois um peso foi elevado. Podemos concluir, a partir da primeira lei, que o calor líquido transferido é positivo e igual ao trabalho realizado durante o ciclo.
1 - Consideremos o gás contido no cilindro como sistema.
2 - calor é transferido de um corpo a alta temperatura para o gás, fazendo com que ele se expanda e elevando o êmbolo até os limitadores superiores.
3 - removamos o peso. Vamos fazer com que o sistema retorne ao estado inicial através da transferência de calor do gás para um corpo a baixa temperatura e, assim,completando o ciclo.
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Eficiência Térmica para motores térmicos
7.1 – MOTORES TÉRMICOS E REFRIGERADORES
Consideremos agora uma instalação motora a vapor simples:
Cada componente dessa instalação pode ser analisado separadamente;
mas podemos analisar a instalação como um todo;
Uma quantidade de calor, QH, é transferida de um corpo a alta temperatura, 
E uma quantidade de calor QL é transferida para um corpo a baixa temperatura.
- Realizando uma determinada quantidade de trabalho, enquanto percorre o ciclo.
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Coeficiente de desempenho ou de eficácia
7.1 – MOTORES TÉRMICOS E REFRIGERADORES
Refrigerador ou bomba de calor
Ciclo que torna possível a transferência de calor diretamente de um corpo a baixa temperatura para um corpo a alta temperatura. 
Para a sua realização, o refrigerador ou a bomba de calor opera segundo um ciclo e que necessita de trabalho para que se obtenha a transferência de calor de um corpo a baixa temperatura para outro a alta temperatura.
Reservatório térmico é um corpo que nunca apresenta variação de temperatura mesmo estando sujeito a transferências de calor.
Refrigerador
Bomba de Calor
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7.2 - SEGUNDA LEI DA TÉRMODINÂMICA
Enunciado de Kelvin-Planck – É impossível construir um dispositivo que opere num ciclo termodinâmico e que não produza outros efeitos além do levantamento de um peso e troca de calor com um único reservatório térmico.
Assim, é impossível construir um motor térmico que opere segundo um ciclo que receba uma determinada quantidade de calor de um corpo a alta temperatura e produza uma igual quantidade de trabalho.
Um ciclo só pode produzir trabalho se estiverem envolvidos dois níveis de temperatura.
Podemos agora expor os dois enunciados clássicos da segunda lei: o de Kelvin - Planck e o de Clausius.
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Enunciado de Claussius – É impossível construir um dispositivo que opere segundo um ciclo e que não produza outros efeitos, além da transferência de calor de um corpo frio para um outro corpo quente.
7.2 - SEGUNDA LEI DA TÉRMODINÂMICA
Este enunciado está relacionado com o refrigerador ou a bomba de calor e, com efeito, estabelece que é impossível construir um refrigerador que opera sem receber trabalho.
A base da segunda lei é a evidência experimental.
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7.3 - O PROCESSO REVERSÍVEL (Ideal)
Consideremos o gás na figura ao lado como sistema:
- Inicialmente, a pressão no gás é alta e o pistão está imobilizado com um pino. 
O pino é removido e o pistão sobe e se choca contra os limitadores.
 Trabalho é realizado pelo sistema
 Restabeleceremos o estado inicial do sistema exercendo uma força sobre o pistão até que o pino possa ser recolocado. 
 O trabalho realizado sobre o gás no processo de volta é maior do que o trabalho realizado pelo gás no processo de expansão.
 Calor é transferida do gás durante o curso de volta, para que o sistema tenha a mesma energia interna do estado inicial. 
 O sistema retorna ao seu estado inicial, porém o meio mudou pelo fato de ter sido necessário fornecer trabalho ao sistema que transferiu calor para o meio.
 Assim, o processo inicial é irreversível pois ele não pode ser invertido sem provocar uma mudança no meio.
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7.3 - O PROCESSO REVERSÍVEL (Ideal)
Consideremos, agora, o gás contido no cilindro mostrado na figura ao lado: 
Admitamos que o êmbolo seja carregado com vários pesos de massa muito pequena.
 Retiremos os pesos, um de cada vez, fazendo-os deslizar horizontalmente e permitindo que o gás expanda e realize um trabalho.
 Ao retirar o último peso, o processo pode ser invertido de tal maneira que tanto o sistema como o meio retornam exatamente ao mesmo estado em que estavam inicialmente. Assim, este processo é reversível.
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1- Transferência de calor com diferença finita de temperatura 
2- Expansão não resistida
3- Reação química espontânea
4- Mistura espontânea de matéria
5- Atrito
6- Fluxo de corrente elétrica através de uma resistência
7- Deformação inelástica
7.4 – CAUSAS DE IRREVERSIBILIDADES
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FIM 06/09/2016