2leidatermodinmica
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A 2ª Lei da A 2ª Lei da TermodinâmicaTermodinâmica
A Base das Leis da Física
O ‘Moto Perpetuum’
• <1800: busca pelo moto perpetuum = movimento perpétuo.
Máquina
Entrada: Calor Q Energia SaídaSaída: trabalho τ
Tipo 1: produz mais energia que recebe, usa parte para funcionar para sempre!
Viola a 1ª Lei da Termodinâmica: τ = Q - ∆U, se ∆U=0 τ ≤ Q sempre!
Máquina
Energia SaídaSaída: trabalho τEntrada: Calor Q
Tipo 2: produz a mesma energia que recebe para funcionar para sempre!
Será que é Será que é possível??possível??
NÃÃÃOO!! Viola aNÃÃÃOO!! Viola a2ª Lei da Termodinâmica!2ª Lei da Termodinâmica!
• Não é possível transformar calor de uma fonte quente (QQqq) em trabalho (ττ) sem haver perdas para uma fonte fria (QQff)! (1ª forma da 2a lei)
• As perdas podem ser reduzidas, mas NUNCA eliminadas totalmente! É uma lei da natureza...
Máquina
Saída: trabalho τEntrada: Calor Qq
Perdas: Calor Qf
DEVEDEVE haver perdas.
• A perda de calor para uma fonte fria não é uma fatalidade... É UMA NECESSIDADE!
• Para que haja trabalho devedeve haver fluxo de energia; e para que haja esse fluxo deve haver um desequilíbrio térmicodesequilíbrio térmico. (2ª forma da 2ª Lei)
• Se não houver desequilíbrio físico não há fluxo de energia; se não houver fluxo, não há trabalho.
• É como uma roda d’água numa cachoeira: sem o desnível, teria como rodar?
Fonte Quente Calor
Fonte Fria
trabalho
Tq > Tf
trabalho
Altura maiorAltura maior
Altura menorAltura menor
Rendimento das Máquinas
• O Rendimento ηη (letra grega “eta”) de QUALQUER COISA é calculado assim:
• No caso de uma máquina térmica:
• Onde:
• Logo:
total
util=η
τη =
fq QQ −=τ
q
f
q
fq
Q
Q
Q
QQ−=→
−= 1ηη
Por exemplo:
• Um carro tem rendimento de0,3 = 30%. • Isso significa que de cada 100L de gasolina que
consome (fonte quente), 30L apenas são transformados em trabalho e o resto vai para o meio ambiente (fonte fria).
Carro
Utilizado (trabalho): 30LEntrada: 100L
Perdas: 70L
A Máquina Perfeita Existe?
• Sim, mas não tem rendimento 100%.
• Sadi Carnot, engenheiro francês, entendeu em 1824 que no máximo poderia ser:
• Com a temperatura medida em Kelvins(lembre que TTKK = T = TCC + 273 + 273)
• Note que ηη sempre será < 1, ou seja, menor que 100%, pois Tf<Tq.
q
f
T
T−=1η
Tq CalorT f
trabalho
Como é essa máquina?
• Deve operar nos ciclos:
AB: isotérmica BC: adiabática CD: isotérmica DA: adiabática
Tente fazer esse gráfico no simulador em Tente fazer esse gráfico no simulador em www.fisicareal.com/transfGas2.htmlwww.fisicareal.com/transfGas2.html
Resumindo...Resumindo...
• A 2ª Lei da Termodinâmica diz que:• Não é possível transformar todo o calor em trabalho;
sempre haverão perdas.• Para haver trabalho deve haver um desequilíbrio físico
que gere um fluxo de energia.• O rendimento de uma máquina nunca será igual a 1, por
mais “perfeita” que seja.
Resumindo...Resumindo...
• A 2ª Lei da Termodinâmica diz que:• Não é possível transformar todo o calor em trabalho;
sempre haverão perdas.• Para haver trabalho deve haver um desequilíbrio físico
que gere um fluxo de energia.• O rendimento de uma máquina nunca será igual a 1, por
mais “perfeita” que seja.