A segunda lei da termodinâmica

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Segunda Lei da Termodinâmica. seminário de Prática em Termodinâmica, FECLESC-UECE.

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A segunda lei da termodinâmica

  1. 1. Disciplina: Prática como Componente curricular em termodinâmica Professor: Gilberto Dantas Alunos: Erandi Lima
  2. 2. A Segunda Lei da Termodinâmica 1ª Lei:  calor é uma forma de energia;  Qualquer processo em que a energia a energia total seja conservada é compatível com a 1ª lei;
  3. 3. Enunciados de Clausius e Kelvin da segunda lei (K): É impossível realizar um processo cujo único efeito seja remover calor de um reservatório térmico e produzir uma quantidade equivalente de trabalho. → A geração de calor por atrito a partir de trabalho mecânico é irreversível; → A expansão livre de um gás é um processo irreversível.
  4. 4. Enunciados de Clausius e Kelvin da segunda lei (C) É impossível realizar um processo cujo único efeito seja transferir calor de um corpo mais frio para um corpo mais quente. →
  5. 5. Motor térmico. Refrigerador. Equivalência dos dois enunciados  Motor térmico; uma máquina térmica produz trabalho a partir de calor operando ciclicamente. Q1 = calor fornecido ao sistema pela fonte; Q2 = calor fornecido pelo sistema à fonte fria.
  6. 6. Motor térmico. Refrigerador. Equivalência dos dois enunciados  Rendimento de um motor térmico O investimento em energia térmica fornecida é representado por Q1. o trabalho útil fornecido é W. o calor Q2 é um subproduto não aproveitado
  7. 7. Motor térmico. Refrigerador. Equivalência dos dois enunciados  Refrigerador O objetivo de um refrigerador é remover calor Q2 de um reservatório térmico à temperatura T2, transferindo calor Q1 para uma fonte quente à temperatura T2.
  8. 8. Motor térmico. Refrigerador. Equivalência dos dois enunciados  Equivalência entre os dois enunciados (k) e (C) (K) Afirma que não existe um “motor miraculoso”, e (C) que não existe um “refrigerador miraculoso”.
  9. 9. Motor térmico. Refrigerador. Equivalência dos dois enunciados  O enunciado (K) implica (C)
  10. 10. Motor térmico. Refrigerador. Equivalência dos dois enunciadosO enunciado (C) implica (K)
  11. 11. Dadas uma fonte quente e uma fonte fria, qual é o máximo rendimento que se pode obter de um motor térmico operando entre essas duas fontes? Componentes de uma máquina de Carnot: Um exemplo específico de máquina de Carnot consiste em que um sistema(agente) é um gás contido num recipiente de paredes adiabáticas, exceto pela sua base , que é diatérmica, e munido de um pistão. Há também uma base adiabática, sobre o qual o sistema pode ser colocado, e as fontes quente e fria. O ciclo de Carnot
  12. 12. O ciclo de Carnot Diagrama (P, V): Um ciclo reversível com duas fontes é necessariamente formado de duas porções de isotérmicas por duas porções de adiabática.
  13. 13. Estágios de um ciclo de Carnot (1)- Partindo do ponto a, faz-se uma expansão isotérmica reversível à temperatura T1, até o ponto b; O gás realiza trabalho e absorve uma quantidade de calor Q1 da fonte. O ciclo de Carnot
  14. 14. (2)- A partir de b, o sistema colocado sobre a base isolante, sofre uma expansão adiabática reversível; O gás realiza trabalho e sua energia interna diminui, com consequente queda de temperatura T1 para T2 (ponto c). O ciclo de Carnot
  15. 15. (3)- Partindo de c, o recipiente é colocado em contato térmico com uma fonte fria e é submetido a uma compressão isotérmica reversível à temperatura T2 da fonte fria; O gás recebe trabalho e fornece uma quantidade de calor Q2 à fonte fria, até chegar ao ponto d, situado sobre a adiabática que passa por a. O ciclo de Carnot
  16. 16. (4)- Finalmente, a partir de d, o sistema é recolocado sobre a base isolante e submetido a uma compressão adiabática reversível, aquecendo o gás até que ele retorne à temperatura T1 da fonte. Isto permite recolocá-lo em contato com essa fonte, voltando a (1) e fechando o ciclo. O ciclo de Carnot
  17. 17. W= Q1 – Q2 O ciclo de Carnot
  18. 18.  Teorema de Carnot (a) Nenhuma máquina térmica que opere entre uma dada fonte quente e uma dada fonte fria pode ter rendimento superior ao de uma máquina de Carnot (b) Todas as máquinas de Carnot que operem entre essas duas fontes terão o mesmo rendimento. O ciclo de Carnot
  19. 19.  Seja R um motor térmico de Carnot e seja I outro motor térmico qualquer, operando entre as mesmas duas fontes. O ciclo de Carnot
  20. 20. O ciclo de Carnot
  21. 21. Entropia, processos reversíveis
  22. 22. Entropia, processos reversíveis Como a integral só depende de i e de f , se escolhermos um estado inicial padrão ele passa a depender somente de f. Onde S é denominado de entropia • Quando um sistema recebe calor Q>0, sua entropia aumenta; • Quando um sistema cede calor Q<0, sua entropia diminui; • Se o sistema não troca calor Q=0, sua entropia permanece constante.
  23. 23. Princípio do aumento a entropia Sejam (R) e (I) dois caminhos diferentes, R=reversível e I=irreversível.
  24. 24. Princípio do aumento a entropia Como R é reversível, podemos inverter o sentido de R trocando o sinal: Generalizando: Em forma diferencial:
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