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INTRODUÇÃO
A intenção deste trabalho é mostrar que o ensino da segunda lei da termodinâmica, segundo as construções lógicas que caracterizam o seu enunciado original. No que segue faraei uma breve exposição acerca da máquina de Carnot segundo os livros-textos tradicionais limitando- nos ao caso específico do gás ideal em seguida mostrarei como resultado obtidos podem ser generalizados para qualquer substancia de operação usando diagrama de temperatura em função da entropia resaltando assim os aspectos universais da segunda lei da termodinâmica.
DESENVOLVIMENTO Essa lei determina limites fundamentas para eficiência de uma máquina ou de uma buzina eléctrica. Ela também estipula limites para energia mínima que deve ser fornecida a um refrigerador. Logo a segunda lei e directamente relevante para muitos problemas práticos e importantes podemos também anunciar a segunda lei em termos do conceito de entropia ,ajuda a entender por que a tinta que se mistura com a agua não pode já mais separada espontaneamente ,e qual e a razão pela qual uma quantidade de processos aparentemente possíveis nunca ocorre na natureza. D entre as duas leis da termodinâmica, a segunda é a que tem maior aplicação na construção de máquinas e utilização na indústria, pois trata directamente do rendimento das máquinas térmicas. Sentido de um processo termodinâmico Os processos termodinâmico que ocorrem na natureza são todos processos irreversíveis .Esses processos são aqueles que ocorrem em um determinado sentido, porém não ocorrem no sentido contrario .O fluxo de calor de um corpo quente para um corpo frio ocorre irreversivelmente, como no caso de expansão livre de um gás. O processo reversível e, por tanto um processo de equilíbrio no qual o sistema esta sempre em equilíbrio termodinamico.obviamente, se um sistema esta realmente em equilíbrio termodinâmico não pode ocorrer nenhuma mudança no estado do sistema o calor não poderá fluir nem para dentro nem para fora de um sistema que tivesse um a temperatura rigorosamente constante em todos os seus pontos, e um sistema que tivesse realmente em equilíbrio mecânico não poderia realizar trabalho sobre suas vizinhanças. Uma transformação reversível é uma realização que não pode ser realizada com precisão do mundo real. Entretanto fazendo gradiente de pressão e o gradiente de temperatura muito pequenas ,podemos manter o sistema muito próximo do seu estado de equilíbrio e o processo pode se tornar aproximante reversível.Essa razão pela qual chamamos um processo reversível de processo de quase-equilíbrio.
Maquinas térmicas As máquinas térmicas foram os primeiros dispositivos mecânicos a serem utilizados em larga escala na indústria, por volta do século XVIII. Na forma mais primitiva, era usado o aquecimento para transformar água em vapor, capaz de movimentar um pistão, que por sua vez, movimentava um eixo que tornava a energia mecânica utilizável para as indústrias da época. Chamamos máquina térmica o dispositivo que, utilizando duas fontes térmicas, faz com que a energia térmica se converta em energia mecânica (trabalho).
A fonte térmica fornece uma quantidade de calor que no dispositivo transforma-se em trabalho mais uma quantidade de calor que não é capaz de ser utilizado como trabalho. Assim é válido que: Utiliza-se os valores absolutos das quantidades de calor pois, em uma máquina que tem como objectivo o resfriamento, por exemplo, estes valores serão negativos. Neste caso, o fluxo de calor acontece da temperatura menor para a maior. Mas conforme a 2ª Lei da Termodinâmica, este fluxo não acontece espontaneamente, logo é necessário que haja um trabalho externo, assim: Rendimento das máquinas térmicas Podemos chamar de rendimento de uma máquina a relação entre a energia utilizada como forma de trabalho e a energia fornecida: Considerando: =rendimento; = Trabalho convertido através da energia térmica fornecida; =quantidade de calor fornecida pela fonte de aquecimento; =quantidade de calor não transformada em trabalho.
O ciclo de Carnot De acordo com a segunda lei, nenhuma máquina térmica pode ter eficiência de 100%.Qual é a eficiência máxima que uma dada máquina pode ter, a partir de um reservatório quente a uma temperatura Th e de um reservatório frio a uma temperatura Tc? Está pergunta foi respondida em1824 pelo engenheiro francês Sadi Carnot (1796-1832) que desenvolveu uma hipotética ideal que fornece a eficiência máxima permitida pela segunda lei. O ciclo dessa máquina e conhecido como ciclo de Carnot. Para compreender o ciclo de Carnot, voltemos ao tema da irreversibilidade e sua relação com sentido de um processo termodinâmico. A conversão de trabalho e energia é um processo irreversível; o objectivo da máquina térmica é obter uma reversão parcial desse processo, ou seja a conversão de calor em trabalho com a maior eficiência possível. Para eficiência máxima de uma máquina térmica, portanto devemos evitar todo processo irreversível. Essa exigência e suficiente para determinar as etapas básicas do ciclo de Carnot, conforme veremos a seguir. O fluxo de calor é uma queda de temperatura finita é um processo irreversível. Portanto durante a transferência de calor no ciclo de Carnot não deve existir nenhuma diferença na temperatura finita. O ciclo consiste nas seguintes etapas:
- O gás se expande isotermicamente na temperatura Ta absorvendo um calor Qh (ab).
- O gás se expande adiabaticamente até que a sua temperatura caí para Tc (bc).
- Ele é comprimido isotermicamente na temperatura Tc,rejeitando calor │Qc│ (cd).
- Ele é comprimido adiabaticamente, retornando o seu estado inicial na temperatura Th (da).
ENTROPIA
Entropia é um conceito da termodinâmica que mede a desordem das partículas de um sistema físico. A entropia é uma grandeza na termodinâmica, representada nas formulações da física pela letra S. De acordo com a Lei da Termodinâmica, quanto maior for a desordem de um sistema, maior será a sua entropia. Por exemplo, quando alguém entra na cozinha encontra todos os utensílios e ingredientes organizados, conforme vai cozinhando, as coisas começam a se desorganizar. Da mesma forma seria o sistema da entropia, ou seja, quanto maior o processo de alteração de um estado, maior será a sua desordem. As entropias são espontâneas, isso quer dizer que seguem princípios da natureza, sendo irreversíveis. A entropia está relacionada à espontaneidade de algum processo físico ou químico Sempre que um processo desse tipo acontecer espontaneamente , a entropia do sistema aumentará , isto é, o sistema ficará menos organizado ou mais aleatório. Fórmula de entropia A entropia é medida em kelvin (K), e sua fórmula é dada pela razão entre a quantidade de calor transferida durante um processo isotérmico pela temperatura em que esse processo ocorreu. Observe: ΔSS – variação de entropia ΔSQ – quantidade de calor T – temperatura Analisando a fórmula acima, é possível perceber que, durante um processo isotérmico (ΔQ < 0), quando um sistemaQ < 0), quando um sistema perde calor, sua entropia diminu i. Quando um sistema recebe calor (ΔQ < 0), quando um sistemaQ > 0), sua entropia aumenta. Por fim, quando um sistema não realiza trocas de calor (ΔQ < 0), quando um sistemaQ = 0), sua entropia permanece constante.
Conclusão
Depois de muita pesquisa conclui que a segunda lei da termodinâmica descreve o sentido da realização de um processo termodinâmico natural. Ela pode ser descrita mediante diversos enunciados equivalentes.
Índice
- Maquinas térmicas...................................................................................................................
- Rendimento das máquinas térmicas........................................................................................
- Fórmula de entropia.................................................................................................................
- Entropia e máquinas térmicas..................................................................................................
