Refrigerador (máquina térmica invertida), Notas de aula de Termodinâmica

Baixe Refrigerador (máquina térmica invertida) e outras Notas de aula em PDF para Termodinâmica, somente na Docsity!

Refrigerador (máquina térmica invertida)

Sempre é preciso realizar um trabalho para transferir calor de

um corpo frio para um corpo quente. O calor flui

espontaneamente de um corpo quente para um corpo mais frio,

e o fluxo inverso necessita de um trabalho externo. A segunda

Lei da Termodinâmica mostra que é impossível fazer um

refrigerador que transporte calor de um corpo frio para um

corpo quente sem realização de trabalho.

Ciclo de Carnot

De acordo com a segunda lei, nenhuma máquina térmica pode ter 100% de eficiência. Qual é a eficiência máxima que uma dada máquina pode ter, a partir de dois reservatórios de calor a temperaturas TQ e TF? Essa pergunta foi respondida em 1824 pelo engenheiro francês Sadi Carnot (1796-1832), que desenvolveu uma máquina hipotética ideal que fornece a eficiência máxima permitida pela segunda lei. O ciclo dessa máquina é conhecido como ciclo de Carnot e o objetivo desta máquina térmica é obter a conversão de calor em trabalho com a maior eficiência possível. Portanto, deve-se evitar todo processo irreversível. Como o fluxo de calor entre o sistema e o reservatório com temperatura diferente é um processo irreversível, a transferência de calor no ciclo de Carnot, não deve existir nenhuma diferença de temperatura, ou seja, um processo isotérmico. Por outro lado, em qualquer processo no qual a temperatura da substância do sistema deve mudar (exemplo: de TQ para TF) não pode ocorrer nenhuma transferência de calor, porque essa transferência de calor não poderia ser reversível. Portanto, qualquer processo no qual a temperatura T do sistema varia deve ser um processo adiabático.

Exercícios

1. Uma certa máquina de Carnot absorve 2.000 J de calor de um reservatório a 500 K, realiza trabalho e descarta calor para um reservatório a 350 K. Qual foi o trabalho realizado, qual a quantidade de calor rejeitada e qual a eficiência dessa máquina?
2. Suponha que 0,200 mol de um gás ideal diatômico (γ = 1,40) passe por um ciclo de Carnot (4 processos quase-estáticos: expansão isotérmica, expansão adiabática, compressão isotérmica e compressão adiabática) com temperaturas entre 227 o C e 27 o C, começando na pressão inicial de 6 Pa. O volume dobra durante a etapa de expansão isotérmica. Determine: (a) os valores de temperatura, pressão e volume ao final de cada processos termodinâmico da máquina; (b) a quantidade de trabalho realizado, a quantidade de calor dissipado e a eficiência teórica do maquina. (c) a eficiência da máquina com os valores obtidos do item anterior e compare com o valor obtido a partir da Equação 20.14.