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Artigo - Volume de Controle

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Compreendendo a Segunda Lei da Termodinâmica: volume de controle.
Aline Maia, Anderson Azevedo, Fernanda Cerqueira, Joseilton Reis, Lucas Medeiros, Wedyslane Lima, Vitalino Nery. 
Resumo
Termodinâmica, nada mais é que a ciência que estuda a matéria, o trabalho, o calor e a energia. Na engenharia essa ciência ocupa um papel importante, visto que suas leis são baseadas em acontecimentos e experiências que ocorrem cotidianamente até durante as tarefas mais simples. De forma geral esse trabalho busca levantar e sistematizar informações sobre a segunda lei de termodinâmica com o enfoque em uma das suas partes : o volume de controle. Para a compreensão desta lei é necessário analisar os sistemas termodinâmicos, que são definidos como uma fração de matéria. Ainda sendo classificados em sistema aberto, fechado ou isolado; o que faz com que cada um desses sistemas tenha uma abordagem diferente. Já o volume de controle é quando se trata de um volume arbitrário fixo no espaço, que através do mesmo um fluido possa escoar. 
Palavras-chave: Energia; Temperatura; Trabalho; Mecânica; Física.
 
Introdução
A disciplina de termodinâmica é composta por muitas particularidades. “Sua particularidade constitui-se no fato de que, em alguns aspectos são semelhantes a uma disciplina científica rotineira, e ao mesmo tempo é um conjunto de controvérsias” (ROPOLYI, 2009, p. 736).
É incerto o período histórico de seu surgimento, mas a termodinâmica está diretamente associada à Revolução Industrial do século XIX, pois os estudos levantados na época foram de fenômenos térmicos relacionados ao conceito de calor e temperatura. A Termodinâmica (do grego therme = calor e dynamis = movimento) é a parte da Física que estuda as associações entre formas de energia: calor e trabalho. Ao fazer o levantamento histórico de estudos sobre formas de realizar trabalho e novas fontes de energia é possível notar que o homem usou diversos recursos. Em compreensão destas descobertas é possível perceber que são formas de energia o trabalho, calor e até a energia interna e pelo entendimento em sistemas mecânicos, a energia se mantém, ou seja, se conserva e gera uma relação entre trabalho e energia. 
Para definir suas grandezas termodinâmicas compõe-se de suas leis, que são elas: Lei Zero que se define temperatura; a primeira lei define o princípio da conservação da energia; a segunda lei define entropia e fornece regras para conversão de energia térmica em trabalho mecânico e a terceira lei indica limitações para a alcance do zero absoluto de temperatura. No qual termodinâmica é a parte que trata calor e temperatura, interligados pelo trabalho e calor.
A origem da segunda lei da termodinâmica está ligada ao trabalho do físico Nicolas Léonard Sadi Carnot (1796-1832), o qual estava interessado na eficiência de máquinas térmicas operando sobre condições ideais. Carnot demonstrou que, para produzir trabalho em processo cíclico, não é satisfatório e apenas absorve calor pela máquina térmica, pois é necessário que ela emita alguma quantidade de calor. 
O objetivo do presente trabalho é apresentar e discutir uma melhor compreensão da segunda lei da termodinâmica, analisando a evolução das teorias e pensamento, verificando as influências exercidas sobre as pesquisas de outros estudiosos e cientistas.
 Referencial Teórico
Segundo Bernardes (2015) às leis designadas pela termodinâmica têm por objetivo administrar o comportamento de variáveis macroscópicas como o volume a energia interna, a temperatura, entre outras, e regular as transformações de energias por meio de mecanismos de trabalho (energia mecânica) e calor (energia térmica). Nesse sentido é explícita a relação da termodinâmica com processos simples do cotidiano, sendo possível perceber sua aplicação ainda mais presente em processos químicos, em processos de máquinas com motores térmicos, entre vários outros.
Primeira Lei da Termodinâmica
Ao contrário do que acreditam, a primeira lei da Termodinâmica não é a equação de conservação de energia, ela diz respeito à possibilidade de conversão de calor em trabalho e vice-versa. Formalmente, podemos escrever que:
“A soma do calor trocado por um sistema e do trabalho realizado por ou em um sistema é igual à variação da energia interna desse sistema.” 
No contexto da termodinâmica, aplicamos esse princípio aos gases ideais e relacionamos 3 grandezas referentes a eles: calor (Q), trabalho (τ) e energia interna (U).
Deve-se considerar que, de acordo com esta equação, o trabalho é positivo quando realizado sobre o sistema, e negativo quando realizado pelo sistema. Podemos dizer que a primeira lei referencia um processo, pois tanto o calor como o trabalho não conseguem ser meços ou calculados em apenas um estado termodinâmico. Estas duas grandezas só possuem sentido quando medidas em tempos diferentes. 
Quando se trata da primeira lei vale ressaltar que o calor é como denominamos a energia térmica que passa de um corpo para outro em temperatura menor e onde a energia interna é definida como a soma de todas as energias das partículas que acabam assim realizando o trabalho. 
Na tabela abaixo é possível observar as convenções de sinais que devem ser utilizadas na primeira lei:
Tabela 1 - Sinais Primeira Lei - Fonte Biologia Total 
A primeira lei se ocupa com aquilo que se usa no trabalho realizado a ser transformado em calor. Assim podemos observar que na primeira lei da termodinâmica é aplicada os princípios da conservação da energia para os sistemas termodinâmicos onde se é utilizado. Sabendo que a primeira lei é a variação da energia interna termodinâmica do sistema que possui equivalência e diferenças entre quantidade de calor absorvido de um sistema ou trabalho realizado pelo mesmo. 
Nas transformações termodinâmicas de uma forma geral, quando um gás recebe calor ele pode utilizar esse calor para incrementar a sua energia interna e também para a realização de trabalho. Assim acontecem as transformações que podem ser isotérmica, isovolumétrica, adiabática, isobárica e expansão livre.
A transformação isotérmica acontece quando a temperatura gás não muda durante todo o processo e consequentemente a energia interna também não, logo 𝚫T e 𝚫U =0.
A transformação isovolumétrica acontece quando o gás mantém o mesmo volume em todo o processo e consequentemente não há realização de trabalho, logo 𝚫T e 𝚫V=0.
Já na transformação adiabática acontece quando não há troca de calor, ele não recebe e nem cede calor para o meio externo. Logo Q=0. 
E na transformação isobárica a pressão do gás se mantém constante, 𝚫P=0, e a tanto a temperatura quanto o volume são diretamente proporcionais.
E quando se trata da expansão livre, o gás tem a total liberdade de expandir sem que ao mesmo tempo ele não troque calor com a vizinhança. Logo T, Q e 𝚫U= 0. 
Tabela 2 - Transformação Isotérmica - Fonte : Biologia Total
Segunda Lei da Termodinâmica 
Segunda Lei da Termodinâmica está associada com a teoria de entropia. Ela complementa a Primeira Lei da Termodinâmica, a qual se baseia no princípio da conservação de energia.
Ela distingue o futuro do passado de um sistema termodinâmico. Ela afirma que certos processos são irreversíveis. Colocando dois corpos em contato térmico feito por uma parede diatérmica, o fluxo de calor é sempre direcionado num certo sentido, que aproxima o sistema composto de um novo estado de equilíbrio termodinâmico. O sistema nunca se afasta deste estado sem ajuda externa, ou seja, ela mostra as trocas de calor que têm orientação para se igualar temperaturas diferentes (equilíbrio térmico), o que ocorre de forma espontânea.
Seus preceitos são:
· O calor é transferido de forma espontânea do corpo que possui maior temperatura para o corpo que detém menor temperatura. 
· Todo processo existe perda porque seu rendimento será sempre inferior a 100%.
Com a realização de alguns estudos, a segunda lei da termodinâmica consiste também em uma análise das adequações para fenômenos como o volume de controle para usados em procedimentos similares à primeira lei.

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