2ª Lei da Termodinâmica
máquinas térmicas
rendimento
ciclo de Carnot
entropia
o rendimento de qualquer máquina térmica pode ser calculado como a razão do trabalho mecânico que ela produz pela quantidade de calor que ela absorve de alguma fonte quente
dispositivos que, ao utilizarem duas fontes térmicas, transformam a energia térmica em mecânica(trabalho)
a primeira máquina térmica foi criada por Thomas Savery, em 1698, cujo principal objetivo naquela época era tirar excesso de água nas minas de carvão
em 1712, Thomas Newcomen melhorou o modelo de Savery, criando um que fazia vácuo através da condensação de vapor de água
James Watt teve um papel essencial na modificação das máquinas térmicas, introduzindo, por exemplo, Horse Power(HP), para representar a potência das mesmas
a Segunda Lei da Termodinâmica estuda a transformação do calor em trabalho. Além de Carnot, que foi o principal físico a desenvolver esta lei, Rudolf Clausius, Lord Kelvin e Max Planck também contribuíram em sua formulação. Portanto, temos dois enunciados que definem a Segunda Lei:
Enunciado de Clausius: o fluxo de calor ocorre espontaneamente do corpo de maior temperatura para o de menor temperatura. O inverso seria uma transformação forçada, que dependeria do fornecimento de energia ao sistema para que ela ocorresse.
Enunciado de Kelvin-Planck: nenhuma máquina térmica, que funcione em ciclos, pode transformar toda a energia térmica recebida (calor) em energia mecânica (trabalho), ou seja, não existe uma máquina térmica com 100% de rendimento.
Ex: dois reservatórios onde um possui uma alta temperatura e o outro, baixa. Uma máquina térmica não converte integralmente o calor em trabalho. Logo, esta parte de calor não convertida em trabalho vai para o reservatório frio
Rudolph Clausius, em seus estudos, descobriu que a razão entre o calor trocado pelo sistema e sua temperatura absoluta não se alterava em processos reversíveis, porém esta razão sempre aumentava em processos irreversíveis. A isso ele deu o nome de entropia.
é a medida de uma parte da energia térmica que não é transformada em trabalho, sendo desperdiçada em forma de calor, sendo este calor uma energia desorganizada
a entropia é representada pela seguinte fórmula:
S = variação da entropia
Q= quantidade de calor trocado pelo sistema
T= temperatura absoluta do sistema
é um ciclo de transformações termodinâmicas de um gás ideal.
composto por duas transformações isotérmicas e duas transformações adiabáticas
foi criado pelo engenheiro francês Sadi Carnot, em 1824, em seus estudos sobre as máquinas térmicas. Buscando determinar qual seriam as características do ciclo termodinâmico “perfeito”, o físico desenvolveu um ciclo que, ao menos teoricamente, apresenta a maior eficiência possível para uma máquina térmica que opere nas mesmas temperaturas.
o gás sofre uma transformação isotérmica. Se expande e absorve a quantidade de calor Q1 de uma fonte quente à temperatura T1.
após a transformação isotérmica, o gás sofre uma transformação adiabática (sem trocas de calor com o meio). Como se expande adiabaticamente, sua temperatura cai para um valor T2.
em seguida, o gás sofre uma compressão isotérmica e libera uma quantidade de calor Q2 para a fonte fria à temperatura T2.
finalmente, retorna a condição inicial após sofrer uma compressão adiabática.
"Nenhuma máquina térmica que opere entre duas dadas fontes, às temperaturas T1 e T2, podem ter maior rendimento que uma máquina de Carnot operando entre estas mesmas fontes"(teorema de Carnot)
N = rendimento
T = trabalho mecânico
Qq = calor proveniente da fonte quente
existe também uma fórmula de rendimento exclusivo para ser calculado apenas em relação às máquinas que operam segundo o ciclo de Carnot
TQ = temperatura da fonte quente
TF = temperatura da fonte fria
A fonte térmica fornece uma quantidade de calor(Q1) que no dispositivo transforma-se em trabalho(T) mais uma quantidade de calor que não é capaz de ser utilizado como trabalho (Q2)
