Revisão de Conceitos de Termodinâmica

Apresentação em tema: "Revisão de Conceitos de Termodinâmica"— Transcrição da apresentação:

1 Revisão de Conceitos de Termodinâmica

2 Introdução Máquinas Térmicas Impossíveis Enunciado de Kelvin-Planck
W TH QH “É impossível construir uma máquina térmica que opera num ciclo termodinâmico e não produza outros efeitos além trabalho e troca de calor com um único reservatório térmico.” Pois, essa máquina converteria 100% do calor fornecido em trabalho.” Revisão de Conceitos de Termodinâmica

3 Introdução Máquinas Térmicas Impossíveis Enunciado de Clausius
TH QH W= 0 QL TL “É impossível construir uma máquina térmica que opera segundo um ciclo termodinâmico e que não produza outros efeitos além da transferência de calor de um corpo frio para um corpo quente”. Pois é impossível construir um refrigerador que opere sem receber trabalho. Revisão de Conceitos de Termodinâmica

4 Introdução Máquina Térmica Configuração A É possível ? TH QH
W Realizado QL TL É possível ? Revisão de Conceitos de Termodinâmica 4

5 Introdução Máquina Térmica Configuração A
TH QH W Realizado QL TL É impossível pois viola a primeira lei. Revisão de Conceitos de Termodinâmica 5

6 Introdução Máquina Térmica Configuração B É possível ? TH QH
W Realizado QL TL É possível ? Revisão de Conceitos de Termodinâmica 6

7 Introdução Máquina Térmica Configuração B
TH QH W Realizado QL TL É possível pois não viola a primeira nem a segunda lei Revisão de Conceitos de Termodinâmica 7

8 Introdução Máquinas Térmicas Configuração C É possível ? TH QH
W recebido QL TL É possível ? Revisão de Conceitos de Termodinâmica 8

9 Introdução Máquinas Térmicas Configuração C
TH QH W recebido QL TL É possível pois não viola a primeira nem a segunda lei. As configurações B e C podem funcionar e são o reverso uma da outra, daí a expressão máquina térmica reversível. Revisão de Conceitos de Termodinâmica 9

10 Introdução Trabalho e Calor
Século XVIII: o homem descobriu como obter trabalho a partir de um fluxo de calor. A Máquina a Vapor (térmica) foi inventada: o calor liberado pela queima de carvão e madeira transformava água em vapor que então produzia trabalho. Bombeava a água das minas, movia trens e navios, tocava as fábricas, transportava cargas. Consequência: Revolução Industrial do século XIX. Questionava-se: como avaliar a quantidade máxima de trabalho que poderia ser obtida a partir de uma dada quantidade de combustível. Revisão de Termodinâmica 10

11 Introdução Trabalho e Calor
Questionava-se: se uma locomotiva abastecida de carvão pode me levar daqui a SP, com uma máquina a vapor mais eficiente será que eu poderia fazer uma viagem maior ? Nicolas Léonard Sadi Carnot, um jovem engenheiro militar francês, resolveu o problema de se calcular o rendimento máximo de uma máquina térmica. Máquina Térmica: qualquer aparelho ou dispositivo para transformar calor em trabalho. Seu funcionamento está relacionado a três fatos: 1) Recebe calor de uma fonte quente à temperatura constante T1. 2) Rejeita calor para algo frio à uma temperatura T2. 3) Realiza (ou recebe) trabalho. Revisão de Termodinâmica 11

12 Introdução Teoremas provados por Carnot:
1) Todos os motores reversíveis operando entre as mesmas duas temperaturas T1 e T2, têm o mesmo rendimento. 2) Dos motores que operam entre as mesmas duas temperaturas, os reversíveis têm o maior rendimento. 3) Para a mesma temperatura T1 da fonte quente, o motor reversível que opera com maior ΔT tem maior rendimento e pode produzir mais trabalho. Vide Tipos de Máquinas Térmicas Revisão de Termodinâmica 12

13 O Ciclo de Carnot “A máquina térmica que opera mais eficientemente entre um reservatório de alta temperatura e um reservatório de baixa temperatura é chamada máquina de Carnot.” Descrição da máquina de Carnot: É uma máquina ideal que utiliza somente processos reversíveis em seu ciclo de operação TH 1 → 2 QH 1W2 Isolado 2 → 3 2W3 TL 3 → 4 QL 3W4 4 → 1 4W1 1 2 3 4 Q = 0 T = cte P V Revisão de Termodinâmica

14 O Ciclo de Carnot 1→2: Expansão isotérmica: O calor é fornecido ao fluido de forma reversível por um reservatório de alta temperatura a uma temperatura constante TH. O pistão no cilindro é movido e o volume aumenta. 2→3: Expansão adiabática reversível: O cilindro é completamente isolado, de modo que nenhuma transmissão de calor ocorra durante esse processo reversível. O pistão continua a ser movido com o volume aumentando. 3→4: Compressão Isotérmica: O calor é rejeitado pelo fluido de maneira reversível para um reservatório de temperatura baixa a uma temperatura constante TC. O pistão comprime o fluido com diminuição do volume. 4→1: Compressão adiabática reversível: O cilindro é completamente isolado, não permitindo nenhuma transmissão de calor durante esse processo reversível. O pistão continua a comprimir o fluido até este atinja o volume, a temperatura e a pressão originais, completando assim, o ciclo. EXERCÍCIOS Revisão de Termodinâmica

15 Rendimento de uma Máquina Reversível
O trabalho realizado durante um processo pode ser expresso como: se o gás for perfeito, Lembrando que, e Desconsiderando as demais formas de energia, A primeira Lei pode ser reescrita da forma, Revisão de Termodinâmica

16 Rendimento de uma Máquina Reversível
1→2: Expansão isotérmica: 2→3: Expansão adiabática reversível: então, 3→4: Compressão Isotérmica: 4→1: Compressão adiabática reversível: então, Revisão de Termodinâmica

17 Rendimento de uma Máquina Reversível
Manipulando os resultados da expansão e compressão adiabática e então Logo o rendimento será, Desta forma, Revisão de Termodinâmica

18 Rendimento de uma Máquina Reversível
EC*- Um motor de Carnot opera entre duas fontes de temperaturas a 200 oC e 20 oC, respectivamente. Se o trabalho desejado for de 15 kJ, conforme a figura abaixo, determine a transmissão de calor do reservatório de alta temperatura e a transmissão de calor para o reservatório de baixa temperatura. EC*- Um refrigerador está resfriando um espaço a -5 oC transferindo calor para a atmosfera que está a 20 oC. O objetivo é reduzir a temperatura do espaço para -25 oC. Calcule a percentagem mínima de aumento de trabalho necessário, assumindo um refrigerador de Carnot, para a mesma quantidade de calor removido. Revisão de Termodinâmica