Lei Zero da Termodinâmica

...

Q (absorvido) > 0 e Q ( cedido)

[pic 39] (expansão) > 0 e [pic 40] (compressão)

Balanço de Energias

Q > 0 o gás absorve calor

Q o gás cede calor

Q = 0 o gás não troca calor (transformação adiabática) ΔU = – [pic 41]

[pic 42]> 0 o gás realiza trabalho no meio exterior ΔV > 0

[pic 43]o gás realiza trabalho no meio exterior ΔV

[pic 44]= 0 o gás não realiza nem recebe trabalho ΔV = 0 (transf. isométrica) Q = ΔU

ΔU >0 aumenta a energia interna do gás ΔT > 0

ΔU aumenta a energia interna do gás ΔT

ΔU = 0 Não aumenta e diminui a energia interna do gás ΔT = 0 (transf. isotérmica) Q = [pic 45]

Trabalho em uma transformação cíclica

É um conjunto de transformações após as quais o gás volta apresentar a mesma pressão, o mesmo volume e a mesma temperatura que possuía inicialmente.

De acordo com a primeira lei da termodinâmica, se nos ciclos ΔU = 0, então Q = τ.

Se, durante o ciclo, o gás realiza trabalho, este deve receber calor de uma fonte.

[pic 46]

[pic 47]

Se, durante o ciclo, for realizado trabalho sobre o gás, este cede calor ao meio.

[pic 49][pic 50][pic 48]

2ª Lei da termodinâmica

Estabelece as condições onde é possível a transformação de energias (térmica e mecânica). O trabalho pode converter-se totalmente em calor, porém o calor não pode converter-se totalmente em trabalho.

Essa transformação é conseguida por meio de uma maquina térmica.

[pic 51]

[pic 52]

Q1 = quantidade de calor fornecida. (J)

[pic 53] = trabalho obtido (J)

Q2 = quantidade de calor perdida (rejeitada). (J)

Rendimento da máquina térmica : é a relação entre o trabalho realizado devido ao fornecimento de calor de uma fonte quente.

[pic 54] [pic 55]

* o rendimento tem por unidade a porcentagem

A formulação de Kelvin-Planck do Segundo Princípio da Termodinâmica

Clausius

“É impossível a construção de um dispositivo que, por si só, isto é, sem intervenção do meio exterior, consiga transferir calor de um corpo para outro de temperatura mais elevada”

Kelvin-Planck

“É impossível a construção de uma máquina que, operando em um ciclo termodinâmico, converta toda a quantidade de calor recebido em trabalho”

É impossível construir uma máquina que trabalhe com rendimento de 100%

Motor de explosão do automóvel

[pic 56][pic 57][pic 58][pic 59]

Primeiro tempo: admissão

O pistão se desloca do ponto morto superior para o inferior com a válvula de admissão aberta, logo a pressão interna praticamente não varia, ficando próxima da pressão atmosférica.

Segundo tempo: compressão

Com as válvulas fechadas, o pistão sobe do ponto morto inferior para o superior, comprimindo a mistura combustível-ar, ou seja, a pressão interna aumenta conforme equação geral dos gases, aproximadamente.

Terceiro tempo: (combustão) explosão-ignição

Quando a mistura combustível-ar explode, com as válvulas fechadas, tem-se um brusco e instantâneo aumento da pressão dentro do cilindro.

Terceiro tempo: (combustão) explosão-expansão

O aumento da pressão interna no cilindro provoca o deslocamento do pistão no único tempo efetivamente motor do ciclo.

Quarto tempo: exaustão

A válvula de escape abre, os gases de combustão são expelidos, a pressão interna cai para próximo da atmosférica e o pistão segue para o ponto morto superior, quando se reinicia o ciclo.

Máquinas frigoríficas

Segundo o postulado de Clausius, é impossível transferir energia sob a forma de calor de forma espontânea, de uma fonte fria para uma fonte quente. Para que tal aconteça, é necessário fornecer trabalho ao sistema, e, nesse caso, temos uma máquina frigorífica.

As máquinas frigoríficas, como um frigorífico ou uma arca congeladora, recebem trabalho (através da energia eléctrica proveniente da rede eléctrica), e usam-no de modo a retirarem energia sob a forma de calor do seu interior, transferindo-a por condução para o exterior.

Deste modo, o interior de um frigorífico encontra-se a uma temperatura baixa, próxima de 0 ºC, enquanto que a parte de trás de um frigorífico está normalmente a uma temperatura superior à do meio ambiente onde se encontra.

O princípio de funcionamento de uma máquina frigorífica encontra-se esquematizado na figura.[pic 60]

[pic 61]

Deste modo, a energia sob a forma de calor que é transferida para a fonte quente é igual à soma da energia sob a forma de calor retirada à fonte fria, com o trabalho necessário para que ocorra esse fluxo de energia.

A eficiência de uma máquina frigorífica é o quociente entre a energia sob a forma de calor que sai da fonte fria, Qf, e o trabalho necessário para realizar essa transferência de energia:

[pic 62]

Ciclo