Segunda lei da termodinâmica
O que é a Segunda Lei da Termodinâmica?
A segunda lei da termodinâmica foi apresentada a partir dos estudos sobre máquinas térmicas feitos pelo físico e engenheiro Sadi Carnot (1796-1832). Entretanto, Carnot não conseguiu ir muito além em suas pesquisas por falta de conhecimento sobre alguns conceitos da época.Um tempo depois, Rudolph Clausius retomou os trabalhos de Carnot. Como resultado, elaborou a Segunda Lei da Termodinâmica. Além disso, esta lei pode ser também aplicada às máquinas térmicas, tratado proposto por Kelvin-Planck.
Enunciado de Clausius
O enunciado de Clausius para a Segunda Lei da Termodinâmica relaciona-se com a espontaneidade do fluxo de calor entre corpos. Assim, podemos expressar essa lei da seguinte forma:
O calor flui espontaneamente da fonte quente para a fonte fria; para ocorrer o contrário, é necessário realizar trabalho externo.
Enunciado de Kelvin-Planck
Este enunciado está relacionado com as máquinas térmicas e a conversão de calor em trabalho. Ele implica que nenhuma máquina consegue converter 100% de calor em trabalho. Em outras palavras:
É impossível a construção de uma máquina que, operando em um ciclo termodinâmico, converta toda a quantidade de calor recebido em trabalho.
Máquinas térmicas
Máquinas térmicas são aplicações diretas da segunda lei da termodinâmica em nosso dia a dia. Para facilitar o entendimento, imagine dois reservatórios onde um possui uma alta temperatura e o outro, baixa. Como sabemos, uma máquina térmica não converte integralmente o calor em trabalho. Logo, esta parte de calor não convertida em trabalho vai para o reservatório frio.
Um exemplo seria a “maria-fumaça”, uma antiga locomotiva a vapor. Ela converte o calor do vapor de água (fonte quente) em trabalho e o calor não utilizado é lançado para a atmosfera (fonte fria).
Observando o esboço da máquina térmica acima, é possível calcular a quantidades de calor(Q1 e Q2) e o trabalho (W ou τ ) realizado pela máquina, assim:
Q1 = W + Q2
Q2 = Q1 – W
W = Q1 – Q2
Rendimento das máquinas térmicas
O rendimento das máquinas térmicas é uma grandeza adimensional dada pela razão entre a quantidade de trabalho mecânico extraído de uma máquina térmica e a quantidade de energia fornecida a ela em forma de calor.
ɳ = W
Q1
ɳ = Rendimento da máquina térmica, dado em porcentagem.
W = Trabalho realizado pela máquina térmica.
Q1 = Quantidade de calor cedido à máquina térmica, retirado da fonte quente.
Quanto maior o rendimento de uma máquina, maior será sua eficiência. Em outras palavras, uma máquina térmica eficiente é aquela que produz mais trabalho consumindo menor quantidade de recursos energéticos. Os motores de combustão interna, usados para impulsionar veículos como motocicletas, carros, caminhões e até mesmo aeronaves, são projetados para ser cada vez mais eficientes e poluir menos. Essas máquinas térmicas usam como fonte de energia o calor obtido pela queima de combustíveis fósseis como gasolina, óleo diesel, álcool ou querosene de aviação .
Exemplo: Uma máquina térmica recebe 500 J de calor de uma fonte quente e cede 350 J de calor para uma fonte fria. Calcule:
a) o trabalho realizado pela máquina térmica;
Resolução:
Dados: Q1 = 500 J; Q2 = 350 J
O trabalho é dado por: W = Q1 – Q2
Substituindo os valores:
W = 500 – 350
W = 150 J
b) o rendimento dessa máquina.
Resolução:
ɳ = W
Q1
ɳ = 150
500
ɳ = 0,3
O rendimento da máquina térmica é igual a 30% (0,3 x 100, pois o rendimento é dado em porcentagem). Isso significa que essa máquina térmica tem uma eficiência de 30%).
Fontes: Conteúdo adaptado para esta aula, retirado de:
https://www.todoestudo.com.br/fisica/segunda-lei-da-termodinamica
https://brasilescola.uol.com.br/fisica/rendimento-das-maquinas-termicas.htm
Assista à vídeoaula sugerida abaixo:
Acesse conteúdo complementar (opcional) no link abaixo:
https://www.todamateria.com.br/segunda-lei-da-termodinamica/.
ATIVIDADE DE AVERIGUAÇÃO DA APRENDIZAGEM
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