CENTRO UNIVERSITÁRIO DE GUANAMBI

Prévia do material em texto

1 INTRODUÇÃO
 
A termodinâmica, em sua apresentação atual trata das propriedades da matéria sob circunstância nas quais a noção de temperatura e calor devem ser relevantes. Sua sólida base experimental oferece um alto grau de confiabilidade, entretanto a termodinâmica não se desenvolveu baseada em qualquer modelo atômico ou mecânico da matéria que poderia observar como ela funciona, sendo essa sua fraqueza. (SAVI & COLUCCI, 2010).  
 
De acordo Savi & Colucci (2010) a termodinâmica é composta por quatro leis: a lei zero, primeira, segunda e terceira, porém somente a terceira está cronologicamente enumerada. A segunda lei começou a ser formulada em 1824, através do trabalho Sadi Carnot, mas só foi concluída em torno de 1850 por Clausius, já a primeira lei apareceu posteriormente com os trabalhos de Mayer, tendo como respaldo as experiências de Joule, a terceira lei originou-se no início do século XX   com os trabalhos de Nernst e a lei zero foi estabelecida duas décadas depois.
 
Este trabalho pretende realizar um estudo bibliográfico sobre a primeira e segunda lei da termodinâmica, as máquinas térmicas, a entropia, além de discorrer sobre as máquinas térmicas e suas aplicações.
2 PRIMEIRO LEI TERMODINÂMICA 
A primeira lei da termodinâmica trata-se do princípio da conservação de energia, o que torna possível prever o comportamento de um sistema gasoso ao sofrer uma transformação termodinâmica. Sua formulação matemática diz que a variação da energia interna de um sistema ΔU, é igual a soma do calor com o trabalho que o sistema troca com sua vizinhança. (ANACLETO,2006)
ΔU = Q + W
Com isso, a primeira lei, é considerada através dos balanceamentos de massa e de momento angular e linear, por intermédio de conceitos clássicos de espaço e tempo que a energia total do meio contínuo separa-se da parte interna e cinética, que produz como consequência a primeira lei. (BASSI & MOREIRA,2001).
Desta maneira, a lei foi sobretudo é um balanceamento entre calor, trabalho e energia interna, afirmada pela equação, que corresponde a ampliação da abrangência da lei. Com isso, vale ressaltar que a na equação a soma do calor com os trabalhos trocados entre o sistema e seu exterior, durante um processo entre estados de equilíbrios termodinâmicos.  (BASSI & MOREIRA,2001).
2.2 CALOR E TRABALHO
O calor é a energia transferida de um sistema para um ambiente, em dessemelhança com a temperatura. O calor é medido em Joule (J), calorias (cal), quilocalorias (Kcal), ou British termal units (Btu); através dessas unidades, formam as seguintes relações: 1 cal = 3,968 X 10^-3 Btu = 4,1868 J. (HALLIDAY & RESNICK,2016).
 A teoria de experiência dos cientistas Lavoisier e Laplace, concerne na teoria do artigo II, “ experiências sobre calor, feitas pelo método precedente “ no que diz a respeito em que o calor necessário para fundir uma libra de 60 graus, o aparelho mede a quantidade de calor liberada por um objeto quente à medida que ele esfria. O objeto esfria a um certo ponto de derreter o gelo, numa mesma temperatura. Após o procedimento, o gelo irá para o estudo liquido, que é escoado no fundo do calorímetro. (CHAGA, 1991).
 
Figura 1. Procedimento de calor, pelo método precedente, por Lavoisier e Laplace 
 
 
Fonte: CHAGAS,1991
Os variáveis tempos processos termodinâmicos possuem como definição conceptual ou operacional de calor e trabalho, com respectivas diferenciais, Q e W (independentemente do tipo de diferenciais que se considere). (ANACLETO et.al, 2007)
 A diferencial do calor decorre no processo termodinâmico, para elucidação da diferencial do calor , os conceitos de trabalho são caracterizados pelas variáveis fr e yr, com isso, conclui a diferencial do trabalho dada por (ANACLETO et.al, 2007).
Consoante FILHO (2006), o trabalho é constituído pela interação que não seja calor, ou seja, o trabalho é designado pela interação entre o sistema e sua vizinhança, em que haja um levantamento ou abaixamento de um peso sendo o único efeito.
O trabalho concebe a um produto de forças externas pela distância percorrida na direção em que ocorre a sua aplicação de força, formulada pela equação: . Devido ao uso de pressão atmosférica e, a distância d, ou uma vez utilizada pelos manômetros, utilizando o conceito da diferença de pressão entre o sistema e o meio, a expressão reduzida será : . (FILHO,2006).
3 SEGUNDA LEI TERMODINÂMICA 
A segunda lei da termodinâmica necessariamente distintas da primeira lei, pois trata-se de uma questão sobre a qual a primeira lei não discorre, que é a da direção tomada por um processo natural. (ROQUE,2010).
A segunda lei da termodinâmica determina limites fundamentais para a eficácia de uma máquina ou mesmo de uma usina elétrica, além disso ela também define limites para a energia mínima fornecida a um refrigerador. Sendo assim, a segunda lei é de extrema relevância para vários problemas práticos. (YOUNG & FREEDMAN, 2015).
3.1 ENTROPIA
A entropia consiste em uma propriedade de estado (ou função do estado) do sistema, isso significa que depende do estado do sistema, mais não da maneira como o mesmo foi atingido. Sendo assim a entropia afirma parcialmente que se um processo irreversível ocorre em um sistema fechado, a entropia do sistema aumenta. (HALLIDAY & RESNICK, 2010).
Segundo SONNTAG & BORGNAKKE 2013: O termo entropia usado para tanto a entropia total como a entropia por unidade de massa, pois o com texto ou o símbolo apropriado indicará claramente o significado preciso do termo
A função de entropia na termodinâmica S, é estipulada através da equação dS = dQ / T. Conforme a segunda lei da termodinâmica, pode-se afirmar que uma transformação I F, onde I e F são estados de equilíbrio, com base na expressão a seguir: . ( BASSALO & CATTANI, 2008).
3.2 MÁQUINAS TÉRMICAS
Conceitua-se como máquina térmica qualquer dispositivo que transforma calor parcialmente em trabalho ou em energia mecânica. Para que esse processo ocorra, é necessário, geralmente, que uma quantidade de matéria no interior da máquina, receba ou rejeite calor, expanda-se e comprima, e em algumas situações sofram transições de fases. A matéria utilizada dentro da máquina é chamada de substância de trabalho. Podemos exemplificar este processo em máquinas de combustão internas, onde a substância de trabalho é a mistura de gasolina com ar e ainda na turbina a vapor que utiliza água como substancia de trabalho (YOUNG & FREEDMAN, 2015).
Figura 1 – Esquematização de uma máquina térmica.
FONTE: Silva,2012
REFERÊNCIAS
ANACLETO, JOAQUIM; ANACLETO, ALCINDA. Sobre a primeira lei da termodinâmica. As diferenciais do calor e do trabalho. 2007. Disponível em: ˂ http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0100-40422007000200043˃. Acesso em: 23 de maio de 2017
BASSALO, J.M.F; CATTANI, M. Entropia, reversibilidade, irreversibilidade, equação de transporte e teorema H de Boltzmann e o teorema do retorno de Poincaré. Belém.2008. Disponível: ˂ http://www.scielo.br/pdf/rbef/v30n2/a02v30n2.pdf˃. Acesso em: 24 de maio de 2017
 CHAGAS, AECIO P. MÉMORIE SUR LA CHARLEU DE LAVOISIER E LAPLACE E OS ÍNICIOS DA TERMODINÂMICA QUÍMICA. Campinas ,1991. Disponível em: ˂ http://quimicanova.sbq.org.br/imagebank/pdf/Vol15No3_269_v15_n3_%2818% 
FILHO, WASHIGTON BRAGA. Fenômenos de transportes para engenharia. Rio de Janeiro, 2006
HALLIDAY, DAVID; RESNICK, ROBERT. GRAVITAÇÃO, ONDAS E TERMODINÂMICA. 10ª edição, 2016
ROQUE, ANTÔNIO. A SEGUNDA LEI DA TERMODINÂMICA. Disponível em: ˂ http://sisne.org/Disciplinas/Grad/Fisica2FisMed/aula24.pdf˃. Acesso em: 24 de maio de 2017
SAVIO, ARLINDO ANTONIO; COLUCCI, CESAR CANESIN. TERMODINÂMICA. Paraná,2010. Disponível em: ˂ http://nead.uesc.br/arquivos/Fisica/termodinamica/modulo_termodinamica.pdf˃. Acesso em: 24 de maio de 2017
SONNTAGE, RICHAD E.; BORGNAKKE, CLAUS. Fundamento da Termodinâmica. 2013
YOUNG HUGH D.; FREEDMAN, ROGER A. Termodinâmica e ondas.12ªedição. São Paulo, 2015.