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Anjo Albuquerque
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Degradação de energia e rendimento
Anjo Albuquerque
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Degradação de energia e rendimento
Módulo inicial
Degradação de energia e rendimento
Módulo inicial
Degradação de energia e rendimento
Rendimento
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Anjo Albuquerque
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Tipos de equilíbrio
Mecânico
Químico
Térmico
Se os
sistemas
estiverem
em
contacto
térmico
Se houver
transferência de
corpúsculos entre
sistemas reagentes
Se os sistemas
interatuarem
mecanicamente,
realizando
trabalho
Após a interação
T1 = T2
Anjo Albuquerque
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Equilíbrio Termodinâmico
Quando se atingem,
simultaneamente, todos os equilíbrios
entre o sistema e a sua vizinhança.
Anjo Albuquerque
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Equilíbrio Térmico
Os corpos estão constantemente a emitir radiação e a receber
radiação de tudo o que os rodeia. Se um corpo emitir maior quantidade
de energia por radiação do que absorve, a sua temperatura diminui, e
a temperatura da vizinhança aumenta.
Quando o corpo emite tanta energia como aquela
que absorve, a sua temperatura estabiliza e diz-se
que atingiu o equilíbrio térmico (as potências de
radiação absorvida e emitida são iguais).
Anjo Albuquerque
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Lei zero da Termodinâmica
Quando todos os corpos
estão em equilíbrio
térmico, as suas
temperaturas são iguais.
Lei zero da termodinâmica – Se dois
sistemas estiverem em equilíbrio
térmico com um terceiro, também
estão em equilíbrio térmico entre si.
Anjo Albuquerque
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Equilíbrio Térmico e Radiação
Colocar 3 latas num recipiente
termicamente isolado.
Ao fim de algum tempo todos os corpos
estão à mesma temperatura.
A potência irradiada (emissão) por um corpo é igual à
potência que esse corpo absorve (absorção) da sua
vizinhança como radiação.
Porém todos os corpos continuam
a radiar energia.
As respetivas taxas de absorção e
de emissão de radiação são iguais.
Anjo Albuquerque
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1ª Lei da Termodinâmica OU LEI DA CONSERVAÇÃO DE ENERGIA
Relaciona as energias que transitam do sistema para o exterior, ou
vice-versa e a consequente variação de energia interna.
•Na maioria dos sistemas que interessam à termodinâmica não há
macroscopicamente variação de energia cinética nem de energia potencial.
•Há transformações de energia que se podem traduzir apenas POR
VARIAÇÃO DE ENERGIA INTERNA DOS SISTEMAS
∆Eint = W + Q + R
1ª Lei da Termodinâmica
Anjo Albuquerque
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Sistema não isolado
∆Eint = W + Q + R
Sistema isolado
∆Eint = 0
A energia interna de um sistema
isolado é uma constante pelo que a
A energia interna de um sistema
não isolado não é uma constante
pelo que a
Ao escrevermos a 1ª Lei estamos a
admitir uma convenção de sinais:
Quando entra energia no sistema seja sob
a forma de W, Q ou R estes são positivos pois fazem aumentar a ∆Eint>0. Quando sai energia do sistema, então Q, W ou R são negativos e ∆Eint<0.
TERMODINÂMICA
TRANSFERÊNCIAS DE ENERGIA PARA
UM SISTEMA
CAPACIDADE TÉRMICA MÁSSICA E
VARIAÇÃO DE ENTALPIA
Q = m c ∆T c - capacidade térmica mássica
C = m c C - capacidade térmica
Vimos que a energia transferida como calor entre dois sistemas se
não ocorrer mudança de fase era dada por:
E se ocorrer mudança de fase? Como calcular, por exemplo, a energia
necessária para a água passar do estado sólido para o estado líquido e
desta para o estado gasoso?
E = m ∆H ∆H - Variação de entalpia
Q = C ∆T
CAPACIDADE TÉRMICA MÁSSICA E
VARIAÇÃO DE ENTALPIA
∆H - Quantidade de energia recebida ou cedida pela unidade de
massa de uma substância ou material para que sofra uma mudança de
estado físico – variação de entalpia
Qualquer transferência de energia conduz
a diminuição de energia útil, apesar da
energia total se manter constante, pois
uma parte deixa de estar disponível para
a realização de trabalho.
A segunda lei da Termodinâmica prevê esta degradação.
Os processos que ocorrem espontaneamente na Natureza dão-se
no sentido da diminuição da energia útil.
DEGRADAÇÃO DA ENERGIA
2ª LEI DA TERMODINÂMICA
No entanto em qualquer
destas situações há
degradação de energia.
A quantidade de energia
fornecida é superior à
quantidade de energia
produzida.
Realizam trabalho a
partir de transferências
de energia.
A máquina a vapor o
avião e o canhão são
exemplos de máquinas
térmicas.
Para que
um sistema
realize
trabalho
é necessário
fornecer-lhe
energia.
MÁQUINAS TÉRMICAS
Trabalho Útil
Ambiente
A locomotiva a vapor é uma
máquina térmica.
Tem por base os princípios
desenvolvidos por James Watt.
James Watt 1736-1819
O carvão é queimado na fornalha.
O calor libertado aquece a água contida numa
caldeira até à ebulição.
O vapor de água produzido faz movimentar um
êmbolo que está associado às rodas da locomotiva,
permitindo o seu movimento.
Os gases que se libertam da queima do carvão saem
pela chaminé.
Físico Escocês
Transformações semelhantes à do exemplo dado
levaram William Thomson (Lord Kelvin) a formular
o seguinte postulado.
POSTULADO DE KELVIN
Nenhum sistema termodinâmico, que funcione de modo
cíclico pode transferir calor de uma única fonte,
transformando-o integralmente em trabalho.
Este postulado é um dos possíveis enunciados da 2ª Lei da
Termodinâmica.
A locomotiva a vapor é uma aplicação desta Lei.
POSTULADO DE KELVIN
2ª LEI DA TERMODINÂMICA
Físico Irlandês
MÁQUINAS TÉRMICAS
Um dos principais objetivos de quem
constrói uma máquina térmica, é que
esta tenha o maior rendimento
possível.
POSTULADO DE CLAUSIUS
2ª LEI DA TERMODINÂMICA
POSTULADO DE CLAUSIUS
É impossível transferir calor, espontaneamente,
de um sistema a temperatura mais baixa para
outro sistema a temperatura mais alta.
Físico Alemão
Quando se adiciona o chocolate quente ao gelado, o
calor transfere-se, espontaneamente, num único
sentido:
do chocolate para o gelado até se atingir o equilíbrio
térmico.
Só é possível transferir calor de uma
fonte fria para uma fonte quente
através da realização de trabalho.
Ex: frigorífico, arcas congeladoras e
bombas de calor.
2ª LEI DA TERMODINÂMICA
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. Pode ser superior a 1. A eficiência
típica de uma máquina frigorífica varia entre
4 e 6.
Uma eficiência igual a 5, significa que o
frigorífico retira 5 J de energia da fonte fria
(interior do frigorífico) para a fonte quente
(exterior), por cada 1 J de energia elétrica
que consome.
2ª LEI DA TERMODINÂMICA
A quase totalidade dos fenómenos que ocorrem são irreversíveis.
ENTROPIA
2ª LEI DA TERMODINÂMICA
Em 1865, Clausiús estabeleceu uma lei que necessitou da definição
de uma nova variável de estado termodinâmica – ENTROPIA – e
que mede a desordem que ocorre na estrutura de um sistema à
medida que este evolui.
A quase totalidade dos fenómenos que
ocorrem são irreversíveis.
ENTROPIA
2ª LEI DA TERMODINÂMICA
Um corpo quente em contacto com um corpo
frio não pode aquecer.
A entropia de um sistema isolado não pode
diminuir.
2ª LEI DA TERMODINÂMICA
LEI DA NÃO DIMINUIÇÃO DA ENTROPIA
Físico Irlandês
A entropia do universo nunca diminui
Nos processos espontâneos, há diminuição de
energia útil.
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