2.3 Segundo ano terceiro bimestre
py5aal professor angelo antonio leithold
MATERIAL DIDÁTICO SEGUNDOS ANOS
FÍSICA - TERMODINÂMICA
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Bibliografia:
* Reif, F. (1965). "Chapter 3: Statistical Thermodynamics", Fundamentals of Statistical and Thermal Physics. New York: McGraw-Hill, 102. ISBN 07-051800-9.
* Jos Uffink, J. van Dis, S. Muijs; Grondslagen van de Thermische en Statistische Fysica; Utrecht University
Segunda Lei da Termodinâmica
(Embaixo, resumidamente, leia a Terceira Lei da Termodinâmica)
A segunda lei da termodinâmica diz que:
"A quantidade de entropia de qualquer sistema isolado termodinamicamente tende a incrementar-se com o tempo, até alcançar um valor máximo". Mais sensivelmente, quando uma parte de um sistema fechado interage com outra parte, a energia tende a dividir-se por igual, até que o sistema alcance um equilíbrio térmico.
O cientista francês Sadi Carnot (1796 -1832) postulou que uma máquina ideal não teria atrito, ou seja seria uma máquina reversível. Sabe-se que o calor sempre propaga de uma substância mais quente para outra mais fria. Um motor , reversível, por exemplo, seria aquele cuja transferência de calor muda a sua direção, ou seja, o calor entra num sistema, assim, o fluxo se dá como resultado de uma diferença de temperatura porque foi realizado um trabalho sobre o sistema. Desta forma se caracterizaria por um estado contínuo de equilíbrio e ocorreria uma taxa de variação tão lenta que o tempo de transferência seria infinito. No caso de um motor real, sempre há uma certa quantidade de irreversibilidade, o trabalho não fluirá sem uma diferença finita de temperatura, e o atrito deve ser considerado. Um motor reversível ideal tem como propriedade a absorção de uma quantidade de calor Q1 de um sistema com temperatura T1 e ocorre a eliminação de determinada quantidade de calor Q2 para um sistema com temperatura T2.
Logo:
Q1 / T1 = Q2 / T2
T é a temperatura absoluta, medida em Kelvin.
Esta regra de Carnot vale para qualquer motor reversível, ou seja:
Qualquer motor real elimina mais energia Q2 para um sistema T2 num motor reversível.
Um exemplo seria um reservatório de água quente cuja quantidade de calor Q1 seria convertido em trabalho. Havendo uma temperatura mais baixa T2 e alguma quantidade de calor transferido, um motor não poderia realizar trabalho removendo o calor do sistema que estaria a uma temperatura fixa, ou seja, esta seria a segunda lei da termodinâmica.
Para converter calor em trabalho, é necessário haver dois sistemas com temperaturas diferentes. Estando Q1 com temperatura T1 deve, desta forma, ser eliminado menos Q2 a uma temperatura T2. Assim, a maior quantidade de trabalho que pode ser aproveitada de um motor é:
W = Q1 - Q2 = Q1 - Q1 T2 / T1
W , neste caso é positivo se T1 for maior do que T2.
Veja a figura embaixo:
Terceira Lei da Termodinâmica
Podemos dizer que existe uma função “U”(energia interna) cuja variação durante uma transformação depende unicamente de dois estados, o inicial, e o final.
Num sistema fechado, a indicação desta variação é dada como :
ΔU = Q - W
Q é a quantidade de calor recebido pelo sistema.
W o trabalho realizado.
As quantidades W e Q são expressas algebricamente. A energia interna é definida como a soma das energias cinéticas e de interação de seus constituintes. Este princípio enuncia, então, a conservação de energia, conhecido no entanto como Primeira Lei da Termodinâmica.
A Terceira Lei da Termodinâmica estabelece que é impossível, por meio de um número finito de etapas (ou estados) atingir a temperatura do zero absoluto (zero kelvin).
