A 2ª Lei da Termodinâmica

SUMÁRIO[pic 1]

1. INTRODUÇÃO        

2. DESCRIÇÃO SOBRE “MÁQUINAS TÉRMICAS” E “REFRIGERADORES”, SOB O ASPECTO DA SEGUNDA LEI DA TERMODINÂMICA.        

2.1 MÁQUINAS TÉRMICAS        

2.2 REFRIGERADORES        

3. DESCRIÇÃO SOBRE O “CICLO DE CARNOT” E “EFICIÊNCIA DE MÁQUINAS TÉRMICAS REAIS E IDEAIS”        

4. DESCRIÇÃO SOBRE “ENTROPIA” E SUA RELAÇÃO COM A SEGUNDA LEI DA TERMODINÂMICA        

5. SUGESTÃO E DESCRIÇÃO DE EXPERIMENTO SOBRE O TEMA PARA TRABALHOS EM SALA DE AULA.        

5.1 EXPERIMENTO 1 (MATERIAL UTILIZADO)        

5.2 EXPERIMENTO 2 (MATERIAL UTILIZADO)        

5.3 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL        

5.3.1 Experimento 1:        

5.3.2 Experimento 2:        

5.4 RESULTADOS        

5.4.1 Experimentos e 1 e 2:        

5.4.2 Conclusão:        

6. CONSIDERAÇÕES FINAIS        

BIBLIOGRAFIA        

1. INTRODUÇÃO

Termodinâmica é a ciência que trata das transformações de Energia e pode ser estudada a partir de suas leis básicas onde a Segunda Lei da Termodinâmica está intrinsecamente relacionada a fenômenos do cotidiano tais como um gás em expansão, a geração de Calor pelo atrito ou um objeto quente esfriando ao ar livre. A segunda Lei, através de seus enunciados determina uma assimetria fundamental na natureza, portanto a combinação da Primeira e Segunda Lei da Termodinâmica afirma que embora a quantidade total de Energia tenha de ser conservada em qualquer processo, a distribuição desta Energia é alterada de uma maneira irreversível.

O trabalho tem como objetivo proporcionar uma melhor compreensão dos conceitos físicos, também oferecer um momento de discussão e aprofundamento sobre a definição e o entendimento da segunda lei da Termodinâmica.

2. DESCRIÇÃO SOBRE “MÁQUINAS TÉRMICAS” E “REFRIGERADORES”, SOB O ASPECTO DA SEGUNDA LEI DA TERMODINÂMICA.

2.1 MÁQUINAS TÉRMICAS

A máquina térmica é um dispositivo que transforma a energia interna de um combustível em energia mecânica. Também pode ser definida como o dispositivo capaz de converter calor em trabalho. Tanto as máquinas térmicas a vapor, que operam com o vapor d'água produzido em uma caldeira, quanto às máquinas térmicas de combustão interna que operam devido aos gases gerados pela queima de combustíveis, têm seu funcionamento baseado no aumento da energia interna das substâncias envolvidas e no trabalho realizado, e tanto a energia interna, quanto o trabalho, dependem da quantidade de energia na forma de calor que foi transferida à substância. Uma máquina térmica é constituída por dois reservatórios, como mostra a figura. O calor flui do reservatório à temperatura elevada (fonte quente) para o reservatório à temperatura mais baixa (fonte fria), obedecendo a Segunda Lei da termodinâmica e transformando parte do calor que sai da fonte quente em trabalho.

[pic 2]

2.2 REFRIGERADORES

 Os sistemas de refrigeração provocam o resfriamento de interiores, como ar condicionados, refrigeradores e freezers. Os objetivos principais da refrigeração são armazenamento de alimentos a baixas temperaturas para evitar ação de bactérias e o surgimento bolor ou fermentação e manter uma temperatura estável em ambientes ou em equipamentos eletrônicos. O resfriamento ocorre através do processo de trocas de calor. O refrigerador é uma máquina térmica em que a troca do calor se dá do sistema mais frio (interior da geladeira) para o sistema mais quente (meio externo). Nesta figura podemos ver a diferença entre a máquina térmicas e o refrigerador:

[pic 3]

3. DESCRIÇÃO SOBRE O “CICLO DE CARNOT” E “EFICIÊNCIA DE MÁQUINAS TÉRMICAS REAIS E IDEAIS”

A Segunda Lei da Termodinâmica define a impossibilidade de uma máquina térmica operando em ciclos, transformar toda a energia recebida da fonte quente em trabalho mecânico. Desta forma, torna-se evidente que não é possível construir uma máquina térmica com eficiência de 100%. A questão é em quais condições se pode obter a eficiência máxima destas máquinas?

Pensando nisso, Carnot desenvolve um modelo hipotético, sem levar em conta as dificuldades técnicas reais e idealiza um ciclo termodinâmico completamente reversível. Esse modelo teórico é conhecido como máquina de Carnot e funciona a partir de um ciclo chamado de Ciclo de Carnot. Neste ciclo um gás ideal é encerrado em um cilindro de paredes adiabáticas (exceto nos pontos quando postos em contato com a fonte térmica), no qual um cilindro pode mover-se livremente (com atrito desprezível, evitando dissipação de energia). O gás é submetido a uma sucessão de transformações sendo duas transformações isotérmicas reversíveis ligadas por duas adiabáticas reversíveis. Ressaltando que o equilíbrio Térmico e o mecânico sempre foram mantidos em todas as partes do processo. A importância da máquina térmica ideal de Carnot é que nenhuma máquina térmica real que Opere entre duas fontes térmicas de temperaturas diferentes pode ter uma eficiência maior que a máquina térmica de Carnot operando entre estas mesmas temperaturas. Vamos ver com mais detalhes o que representa esse ciclo. A máquina idealizada por Carnot é composta pelos seguintes ciclos:

1. Expansão Isotérmica Reversível retirando calor da fonte quente; na temperatura mais alta T2;

2. Expansão Adiabática Reversível;

3. Compressão Isotérmica Reversível cedendo calor à fonte fria; na temperatura mais baixa T1;

4. Processo de Compressão Adiabática Reversível.

Vamos observar as figuras abaixo e descrever o que está acontecendo:

[pic 4][pic 5]

Partindo do estado A, o gás sofre uma expansão isotérmica (isso significa que não há mudança de temperatura) de A para B, recebendo uma quantidade de calor Q2 da fonte térmica de temperatura mais alta, também chamada fonte quente que está a uma temperatura T2.

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