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Disciplina: Física Geral 1
Prof. Heurison Silva
2a Lei da Termodinâmica, Máquinas Térmicas,
Refrigeradores
Disciplina: Física Geral 1
Prof. Heurison Silva
2ª Lei da Termodinâmica
Máquinas Térmicas
Refrigeradores
Disciplina: Física Geral 1
Prof. Heurison Silva
2a Lei da Termodinâmica, Máquinas Térmicas,
Refrigeradores
2a Lei da Termodinâmica
Disciplina: Física Geral 1
Prof. Heurison Silva
2a Lei da Termodinâmica, Máquinas Térmicas,
Refrigeradores
2a Lei da Termodinâmica
O que determina o sentido de certos fenômenos da
natureza?
Exemplo:
Sistema
organizado
Sistema
desorganizado
Disciplina: Física Geral 1
Prof. Heurison Silva
2a Lei da Termodinâmica, Máquinas Térmicas,
Refrigeradores
2a Lei da Termodinâmica
Outros exemplos:
Corpo quente Corpo frio
Bexiga cheia Bexiga estourada
calor
Grão de milho Pipoca
voltaida EE
Disciplina: Física Geral 1
Prof. Heurison Silva
2a Lei da Termodinâmica, Máquinas Térmicas,
Refrigeradores
2a Lei da Termodinâmica
Entropia Grandeza associada à irreversibilidade dos
processos físicos. É uma propriedade de
estado.
Postulado da Entropia
Se um processo irreversível ocorre num sistema fechado, a
entropia S do sistema sempre aumenta; ela nunca diminui.
Sistema
organizado
Sistema
desorganizado
0S
l)(impossíve 0S
Disciplina: Física Geral 1
Prof. Heurison Silva
2a Lei da Termodinâmica, Máquinas Térmicas,
Refrigeradores
2a Lei da Termodinâmica
0 2 4 6 8 100
2
4
6
8
10
Pre
ssã
o (
u. a
.)
Volume (u. a.)
i
f
(Processo irreversível)
?
?
?
f
iif
T
dQSSS
Definição de variação de entropia
iS fSExpansão livre (irreversível)
Disciplina: Física Geral 1
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2a Lei da Termodinâmica, Máquinas Térmicas,
Refrigeradores
2a Lei da Termodinâmica
Para encontrarmos a variação de entropia para um processo
irreversível que ocorre em um sistema fechado, substituímos
esse processo por qualquer outro processo reversível que
conecta os mesmos estados inicial e final; calculamos S
pela equação anterior.
0 2 4 6 8 100
2
4
6
8
10
Pre
ssã
o (
u. a
.)
Volume (u. a.)
i
f
irrev
f
iifrev S
T
dQSSS
(Processo reversível)
Disciplina: Física Geral 1
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2a Lei da Termodinâmica, Máquinas Térmicas,
Refrigeradores
2a Lei da Termodinâmica
Generalizando o Postulado da Entropia:
Se um processo irreversível ocorre num sistema fechado, a
entropia S do sistema aumenta para processos irreversíveis
e permanece constante para processos reversíveis; ela
nunca diminui.
0SSegunda lei da termodinâmica
Disciplina: Física Geral 1
Prof. Heurison Silva
2a Lei da Termodinâmica, Máquinas Térmicas,
Refrigeradores
Exemplo 1: 1 mol de gás nitrogênio está confinado no lado
esquerdo do recipiente. Abre-se a válvula e o volume do gás
dobra. Quanto vale ΔS?
Disciplina: Física Geral 1
Prof. Heurison Silva
2a Lei da Termodinâmica, Máquinas Térmicas,
Refrigeradores
Máquinas Térmicas
Disciplina: Física Geral 1
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2a Lei da Termodinâmica, Máquinas Térmicas,
Refrigeradores
É um dispositivo que retira calor de sua
vizinhança e realiza trabalho útil.
Máquina térmica:
Retira calor de uma fonte
quente e transfere uma parte
para a fonte fria e uma outra
parte converte em calor realizado
sobre a vizinhança
Máquina de Carnot
QA
QB
W
TA
TB
Máquinas Térmicas
Disciplina: Física Geral 1
Prof. Heurison Silva
2a Lei da Termodinâmica, Máquinas Térmicas,
Refrigeradores
0 2 4 6 8 10 120
3
6
9
12
15
18
Pre
ssã
o (
u. a
.)
Volume (u. a.)
QA
QB
TA
TB
W
Sentido horário
QA
QB
W
TA
TB
Máquina de Carnot
Máquinas Térmicas
Disciplina: Física Geral 1
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2a Lei da Termodinâmica, Máquinas Térmicas,
Refrigeradores
Calculando o trabalho W no ciclo completo
Em um ciclo completo:
0int WQE
0int E
Aplicando a 1a Lei:
0WQ WQ
BA QQQ
(calor líquido)
BA QQW
Trabalho resultante no ciclo de Carnot
Máquinas Térmicas
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Refrigeradores
Calculando a variação de entropia S no ciclo completo
Em um ciclo completo:
0 BA SSSB
B
A
A
T
Q
T
QS
0;0 BA SS
B
B
A
A
T
Q
T
Q Variação de entropia num ciclo de
Carnot
Máquinas Térmicas
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Refrigeradores
Eficiência térmica de uma máquina de Carnot
AQ
W
pagamos qual pela energia
obtemos que energia
Eficiência para uma máquina qualquer
A
B
CarnotT
T1 Eficiência para uma máquina de Carnot
Máquinas Térmicas
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Exemplo 2: Imagine uma máquina de Carnot que opera entre as
temperaturas TA = 850 K e TB = 300 K. A máquina realiza 1200 J de
trabalho em cada ciclo, o qual leva 0,25 s.
a) Qual é a eficiência desta máquina?
b) Qual é a potência média desta máquina?
c) Quanta energia |QA| é extraída sob a forma de
calor do reservatório de alta temperatura a cada
ciclo?
d) Quanta energia |QB| é liberada sob a forma de calor para o reservatório
de baixa temperatura a cada ciclo?
e) De quanto varia a entropia da substância de trabalho devido à
transferência de energia do reservatório em alta temperatura para ela? E
dela para o reservatório em baixa temperatura?
QA
QB
W
TA
TB
Disciplina: Física Geral 1
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Refrigeradores
Refrigeradores
Disciplina: Física Geral 1
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2a Lei da Termodinâmica, Máquinas Térmicas,
Refrigeradores
É um dispositivo que utiliza trabalho para transferir
energia de um reservatório em baixa temperatura
para outro em alta temperatura, num processo
cíclico.
Refrigerador:
Retira calor de uma fonte fria e
transfere para a fonte quente
através da utilização de trabalho
Refrigerador de Carnot
QA
QB
W
TA
TB
Refrigeradores
Disciplina: Física Geral 1
Prof. Heurison Silva
2a Lei da Termodinâmica, Máquinas Térmicas,
Refrigeradores
0 2 4 6 8 10 120
3
6
9
12
15
18
Pre
ssã
o (
u. a
.)
Volume (u. a.)
QA
QB
TA
TB
W
Sentido anti-horário
Máquina de Carnot
- QA
QB
W
TA
TB
Refrigeradores
Disciplina: Física Geral 1
Prof. Heurison Silva
2a Lei da Termodinâmica, Máquinas Térmicas,
Refrigeradores
Desempenho de um refrigerador de Carnot
W
QK
B
pagamos qual pela energia
queremos que energia
Desempenho de um refrigerador qualquer
BA
BCarnot
TT
TK
Desempenho de um refrigerador de Carnot
Refrigeradores
Disciplina: Física Geral 1
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Refrigeradores
Máquina térmica de James Watt
Máquina térmica
de Heron
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Refrigeradores
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2a Lei da Termodinâmica, Máquinas Térmicas,
Refrigeradores
1. Admissão
2. Compressão
3. Ignição
4. Exaustão
Motor de Otto
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Motor de três cilindros
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Refrigeradores
Máquina térmica de Heron
Turbina térmica
Motor de Otto
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Refrigeradores
Obrigado pela atenção!
Estudem!