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Fisica 02 - Entropia e a segunda lei da termodinâmica
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  • 1. Física 2 – Entropia e a Segunda Lei da Termodinâmica Prof. Dr. Walmor Cardoso Godoi Departamento de Física - DAFIS Universidade Tecnológica Federal do Paraná - UTFPR
  • 2. Exemplo comum Q Q Enunciado de Clausius - O calor não pode fluir, de forma espontânea, de um corpo de temperatura menor, para um outro corpo de temperatura mais alta. Esse processo não acontece, emb ora obedece a 1ª lei da termodinâmica
  • 3. Processos unidirecionais irreversíveis, seta do tempo ...
  • 4. Processos Irreversíveis e Entropia Todos os processos irreversíveis em um sistema fechado são acompanhados por aumento da entropia. Definindo a variação de entropia: 1. Temperatura e energia do sistema 2. Formas de distribuição de átomos ou moléculas
  • 5. Variação de Entropia Processo irreversível Pressão e volume são propriedades de estado. Adicionando + uma propriedade de estado: Entropia Unidade: J/K
  • 6. Variação de Entropia Processo reversível
  • 7. A Entropia como uma Função de Estado Entropia: • propriedade do estado do sistema • não depende do modo como esse estado é atingido Válido para qualquer processo reversível
  • 8. A 2ª Lei da Termodinâmica Processo reversível Sentido inverso: Podemos voltar à (a) acrescentando algumas esferas e retirando calor (sistema aberto) Para um sistema fechado : gás + fonte de calor
  • 9. A 2ª Lei da Termodinâmica Se um processo ocorre em um sistema fechado, a entropia do sistema aumenta se o processo for irreversível e permanece constante se o processo for reversível.
  • 10. Força Associada à Entropia Borracha
  • 11. Máquinas Térmicas Máquina térmica: • Extrai energia do meio ambiente na forma de calor para realizar trabalho útil • Utiliza substância de trabalho operando em ciclos (água, por exemplo)
  • 12. Máquinas Térmicas
  • 13. Máquinas Térmicas • Ciclo de Carnot – Máquina térmica ideal – Processo reversível – Transferência de energia realizada sem perdas por atrito e turbulência
  • 14. Ciclo de Carnot
  • 15. Máquinas Térmicas • Ciclo de Carnot
  • 16. Máquinas Térmicas • Ciclo de Carnot
  • 17. Máquinas Térmicas • Ciclo de Carnot – Trabalho líquido – Variações de Entropia
  • 18. Máquinas Térmicas • Eficiência de uma Máquina de Carnot: trabalho realizado por ciclo (Eficiência qualquer máquina térmica)
  • 19. Máquinas Térmicas Enunciado de Kelvin • É impossível a construção de um dispositivo que, por si só, isto é, sem intervenção do meio exterior, consiga transformar integralmente em trabalho o calor absorvido de uma fonte a uma dada temperatura uniforme. IMPOSSÍVEL
  • 20. Alguns dados Equipamento Dado Aquecedores de Água a Gás - Tipo Instantâneo 80 % rendimento energético Sistemas e Equipamentos para AQUECIMENTO SOLAR DE ÁGUA 55 % rendimento energético Carros leves 1,45 até 2,00 MJ/km (25 % eficiência) Usina nuclear 40 % eficiência energética Usina térmica1 35 % eficiência energética Melhores placas solares comercializadas do 16 % eficiência conversão mundo Usina hidrelétrica 95 % eficiência energética Fontes: Halliday & Resnick – Física Vol. 2 1 2009, média mundial segundo ABB http://www.abb.com.br/industries/pt/9AAC171190.aspx Inmetro http://www.inmetro.gov.br/consumidor/tabelas.asp http://www.inee.org.br/
  • 21. Fonte: Privatização e eficiência das usinas hidrelétricas brasileiras Econ. Apl. vol.9 no.3 Ribeirão Preto July./Sept. 2005
  • 22. Máquinas Térmicas • Máquina de Stirling – Robert Stirling, 1816 – Ao invés de processo adiabático (Carnot), processo a isocórico (v=cte) – Ignorada, mas possui aplicações hoje
  • 23. • Exemplo 1: Uma máquina de Carnot opera entre temperaturas TQ= 850 K e TF=300 K. A máquina realiza 1200 J de trabalho em cada ciclo, que leva 0,25 s. a) Qual a eficiência da máquina b) Qual a potência média da máquina
  • 24. • c) Qual é a energia |QQ| extraída na forma de calor da fonte quente a cada ciclo • d) Qual é a energia |QF| liberada na forma de calor para a fonte fria a cada ciclo
  • 25. • e) De quanto varia a entropia da substância de trabalho devido à energia recebida da fonte quente e devido à energia cedida a fonte fria
  • 26. • Ciclo Otto
  • 27. Ciclo Otto Engenheiro alemão Nikolaus Otto em 1876
  • 28. Máquinas Térmicas • Ciclo Otto
  • 29. Máquinas Térmicas • Ciclo Diesel – Patente em 1893, ao engenheiro alemão Rudolf Diesel – Motor a gasolina funciona com a taxa de compressão que varia de 8:1 a 12:1, no motor diesel de 15:1 a 25:1. – Enquanto o motor a gasolina admite (admissão - 1º tempo) a mistura ar/combustível para o cilindro, o motor Diesel aspira (aspiração 1º tempo) apenas ar. – A ignição dos motores a gasolina dá-se a partir de uma faísca elétrica fornecida pela vela de ignição antes da máxima compressão na câmara de explosão (> a 400ºC). Já no motor Diesel a combustão ocorre quando o combustível é injetado e imediatamente inflamado pelas elevadas temperaturas (> a 600ºC) a compressão na câmara de combustão
  • 30. Refrigeradores • Dispositivo que utiliza trabalho para transferir energia de uma fonte fria para uma fonte quente por processos cíclicos • Refrigerador ideal Todos os processos ocorrem sem perdas (refrigerador de Carnot)
  • 31. Eficiência refrigerador (Coeficiente de Desempenho) Ar-condicionado (K = 2,5) e geladeiras domésticas (K = 5)
  • 32. Refrigeradores • Geladeira Antigamente ->
  • 33. Refrigeradores • Condicionador de ar
  • 34. A Eficiência de Máquinas Térmicas Reais
  • 35. Visão Estatística da Entropia

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