7ª Aula - Segunda Lei Termodinâmica

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25 de junho de 2003
Termodinâmica
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Físico-Química I
Unifacs - Universidade Salvador
Profª. Viviana Rocha
Segunda Lei da Termodinâmica
Termodinâmica
25 de junho de 2003
Termodinâmica
Introdução
Processos: cíclicos e mudança de estado
1a Lei da termodinâmica: introdução da propriedade U
2a Lei da termodinâmica: introdução da propriedade S
Processos espontâneos e não espontâneos
25 de junho de 2003
Termodinâmica
A dispersão da energia
Em cada pulo da bola, parte da energia cinética é degradada em movimento térmico dos átomos da superfície:
Há dispersão da energia.
Processo espontâneo
25 de junho de 2003
Termodinâmica
Bola no repouso ? bola no ar
(a) movimentos caóticos
(b) movimento organizado e direcional
Pouco provável !
(a)
(b)
25 de junho de 2003
Termodinâmica
*
A energia total é conservada
A energia total é crescentemente dispersada.
BIG BANG
25 de junho de 2003
Termodinâmica
ENTROPIA
25 de junho de 2003
Termodinâmica
Antes
Depois
25 de junho de 2003
Termodinâmica
A Segunda Lei
O calor do sistema não pode ser transformado completamente em trabalho
IMPOSSÍVEL
Não é possível um processo que tenha como único resultado a absorção de calor de um reservatório térmico e a sua completa conversão em trabalho.
25 de junho de 2003
Termodinâmica
Máquinas térmicas
Sistema que produz apenas efeitos de calor e trabalho nas vizinhanças
25 de junho de 2003
Termodinâmica
Máquinas Térmicas
25 de junho de 2003
Termodinâmica
PROCESSOS CÍCLICOS
					
					ΔUciclo = 0 (Tfinal = T inicial)
					Qciclo = ΣQ
					Wciclo = ΣW (área)
ΔUciclo = Qciclo – Wciclo
SISTEMA RECEBE CALOR E PRODUZ TRABALHO
25 de junho de 2003
Termodinâmica
CICLO DE CARNOT
25 de junho de 2003
Termodinâmica
CICLO DE CARNOT
Quatro etapas reversíveis:
Expansão isotérmica;		3. Compressão isotérmica;
Expansão adiabática;		4. Compressão adiabática;
25 de junho de 2003
Termodinâmica
CICLO DE CARNOT
Para um ciclo temos:
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Termodinâmica
CICLO DE CARNOT
	O ciclo de Carnot é utilizado para estudo de transformações macroscópicas em máquinas térmicas;
	Consiste em uma máquina simples que transformou-se em protótipo das máquinas térmicas cíclicas;
	Não importa o sentido do ciclo as condições iniciais serão sempre restauradas;
	Para um ciclo reversível as quantidades de calor e trabalho serão iguais nos sentidos direto e reverso do ciclo, mudando apenas o sinal;
	 
 
25 de junho de 2003
Termodinâmica
Uma máquina impossível!
T1 é a fonte térmica de temperatura mais alta
 Considerando Q2 e Q1 positivos trabalho seria produzido (trabalho positivo)... 
25 de junho de 2003
Termodinâmica
RENDIMENTO DE MÁQUINAS TÉRMICAS
O rendimento de uma máquina é definido como a relação entre o trabalho produzido e a quantidade de calor extraída da fonte à temperatura mais alta. 
Q2 é sempre negativo, assim o rendimento é inferior a 1
25 de junho de 2003
Termodinâmica
OUTRA MÁQUINA IMPOSSÍVEL!!!
Implicações:
Calor sendo extraído da fonte fria
Calor sendo fornecido para a fonte quente
máquina Er
máquina E’
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Termodinâmica
Rendimento de máquinas térmicas
Rendimento de máquina reversível será sempre maior ou igual ao rendimento de qualquer outra máquina;
Máquinas térmicas reversíveis terão mesmo rendimento desde que operem entre as mesmas fontes;
Uma máquina irreversível tem um rendimento menor que a de uma máquina reversível;
25 de junho de 2003
Termodinâmica
Máquina de Denis Papin
25 de junho de 2003
Termodinâmica
Motor Térmico
Diagrama esquemático do motor térmico	
O rendimento do motor ou eficiência térmica é dada por:
25 de junho de 2003
Termodinâmica
Exercício-Motor térmico
Uma turbina a vapor retira de fonte térmica quente (vapor) cerca de 400 kJ de calor por segundo, movimentando um motor que tem um gasto energético de 140 kW. Calcule a eficiência desta máquina.
25 de junho de 2003
Termodinâmica
REFRIGERADOR
	Segue abaixo o diagrama esquemático do refrigerador:		
1-2: compressão adiabática em um compressor 
2-3: processo de rejeição de calor a pressão constante 
3-4: estrangulamento em uma válvula de expansão (com a respectiva queda de pressão) 
4-1: absorção de calor a pressão constante, no evaporador 
25 de junho de 2003
Termodinâmica
REFRIGERADOR
Segue abaixo o diagrama esquemático do refrigerador:		
1ºLei
25 de junho de 2003
Termodinâmica
Exercício- Refrigerador
	Refrigerador Brastemp Ative! 490 Inox código do modelo BRZ49BR Modelo 110V tem potência de 120W
	Calcule o rendimento, se o refrigerador precisa retirar cerca de 720KJ do recipiente interno por hora.
25 de junho de 2003
Termodinâmica
Bomba de Calor
	A eficiência ou coeficiente de desempenho da Bomba de calor e dada por: 		
Bomba de calor
1ºLei
25 de junho de 2003
Termodinâmica
Bomba de Calor
	Qual a eficiência de uma bomba de Calor que fornece 350KJ para o interior de uma casa, retirando cerca de 200KJ do ambiente? 
25 de junho de 2003
Termodinâmica
Escala de Temperatura Termodinâmica
Para uma máquina reversível, tanto o rendimento quanto à relação Q1/Q2 pode ser calculadas diretamente pelas medidas de calor e trabalho que escoam para as vizinhanças;
Dependência apenas com a temperatura;
Temperatura termodinâmica Θ :
 Q = aΘ
Q- Calor extraído de uma fonte; 
a- constante.
	 
 
25 de junho de 2003
Termodinâmica
CICLO DE CARNOT PARA UM GÁS IDEAL
1 Exp. isotérmica reversível a TQ
QQ : calor > 0
2 Exp. adiabática reversível 
Não há troca de calor
3 Comp. isotérmica reversível a TF
QF : calor < 0 
4 Comp. adiabática reversível 
Não há troca de calor
25 de junho de 2003
Termodinâmica
Ciclo de Carnot para um gás ideal
Expansão
isotermica
Expansão 
adiabática
Compressão 
adiabática
Compressão 
isotérmica
25 de junho de 2003
Termodinâmica
CICLO DE CARNOT PARA UM GÁS IDEAL
Seguindo por etapas :
25 de junho de 2003
Termodinâmica
Para o ciclo:
CICLO DE CARNOT PARA UM GÁS IDEAL
25 de junho de 2003
Termodinâmica
CICLO DE CARNOT PARA UM GÁS IDEAL
Como:
Adiabáticas reversíveis