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Máquinas Térmicas, Segunda Lei e o Motor de
Carnot
quinta-feira, 3 de dezembro de 2009
Revisando
∆S =� f
i
dQ
T=
Q
T
Segunda Lei: ΔS>0 Para um processo espontâneo (irreversível) em um sistema fechado.
Para processos reversíveis em um sistema fechado, ∆S=0.
S é uma função de estado.
∆S≥0 - 2ª Lei
quinta-feira, 3 de dezembro de 2009
Motores: Máquinas • Realizam Trabalho (extraindo energia do ambiente);
• Sofrem Processos Cíclicos.
∆E = Q−W
∆E = 0Q = Wmaq
Q = Qi −Qf
Motores ideais: São motores que operam por processos reversíveis, cujas transferências de
energia ocorrem sem perdas.
quinta-feira, 3 de dezembro de 2009
Usina termoelétrica
quinta-feira, 3 de dezembro de 2009
Usina nuclear
quinta-feira, 3 de dezembro de 2009
Máquinas Térmicas: Como representar o ciclo em um diagrama PV ?
� =W
|Qq|
=|Qq −Qf |
|Qq|
= 1− Qf
Motores ideais podem ter rendimentos diferentes ?SIM
quinta-feira, 3 de dezembro de 2009
Eficiência
� = 1− 0Qq
= 1
Um motor transfere 2,00 x 103 J de calor de um reservatório quente durante um ciclo e transfere 1,50 x 103 J para um reservatório frio. (a) encontre o rendimento do motor. b-) Quanto trabalho esse motor realiza em um ciclo?(a) 25% ; (b) 500J
quinta-feira, 3 de dezembro de 2009
Motor de CarnotProcesso A→B: Expansão isotérmica reversível à temperatura Tq (Q>0). Processo B→C: Expansão adiabática reversível (Q=0). A Temperatura cai de Tq para Tf . Processo C→D: Compressão isotérmica reversível a temperatura Tf (Q<0).Processo D→A: Compressão adiabática reversível (Q=0). A Temperatura aumenta de Tf para Tq .
quinta-feira, 3 de dezembro de 2009
Motor de CarnotRepresentação do ciclo de Carnot em um diagrama PV. O trabalho realizado é a área assinalada contida “entre” as curvas.
∆S = ∆Sa + ∆Sb
Entropia
quinta-feira, 3 de dezembro de 2009
Ciclo de Carnot: Entropia
∆S = ∆Sa + ∆Sb
∆Sciclosf = 0
|Qq|Tq
=|Qf |Tf
|Qq||Qf | =
Tq
Tf
∆S =|Qq|Tq
− |Qf |TfEm um ciclo (sistema
fechado):
� = 1− Tf
Tq
Eficiência de um motor de Carnot
Reversível
Sistema fechado - reversível.
quinta-feira, 3 de dezembro de 2009
Ciclo de Carnot: Entropia
� = 1− Tf
Tq
Não é possível nenhuma série de processos cujo único resultado seja a transferência de energia na forma de calor de um reservatório térmico e a completa conversão desta energia em trabalho.
quinta-feira, 3 de dezembro de 2009
Motores Perfeitos(..não existem)
� = 1− Tf
Tq
Tq → ∞ ou Tf →0
A Segunda lei seria violada !!!
quinta-feira, 3 de dezembro de 2009
Questão• Três máquinas operam entre reservatórios com uma diferença
de temperatura de 300K. As temperaturas dos reservatórios são as seguintes: A--> Tq=1000K, Tf=700K; B--> Tq=800K, Tf=500K; c--> Tq=600K, Tf=300K. Quais possuem o maior rendimento possível?
quinta-feira, 3 de dezembro de 2009
Ciclo Otto
quinta-feira, 3 de dezembro de 2009
Ciclos diversos• Carnot (isotermas conectads por processos adiabáticos -
processos revesíveis).
• Stirling (isotermas conectadas por processos isocóricos - processos reversíveis).
• Otto (processos isocóricos, conectados por processos adiabáticos - processos reversíveis).
• Qual o que possui maior eficiência teórica ?
quinta-feira, 3 de dezembro de 2009
Exercício• Considere um motor de Stirling, conforme o ciclo mostrado no
quadro. A máquina usa n=8,1x10-3 moles de um gás ideal, operando entre reservatórios de alta e baixa temperaturas com Th=95C, e Tc=24C, e funcionado a taxa de 0,7 ciclos por segundo. Um ciclo consiste em uma expansão isotérmica (ab), uma compressão isotérmica, e dois processos de volume constante. (a) Qual o trabalho resultante da máquina, por ciclo? (b) Qual a potência da máquina? (c) Qual o calor transferido para o gás durante o ciclo? (d) qual a eficiência da máquina?
quinta-feira, 3 de dezembro de 2009
Refrigeradores (bombas de calor)O inverso de um motor;
O trabalho é utilizado para transferir calor de um reservatório frio para um reservatório quente.
Um refrigerador de Carnot é o mais eficiente pois opera por processos reversíveis.
K =Tf
Tq − Tf
K =|Qf |W
=|Qf |
|Qq|− |Qf |
quinta-feira, 3 de dezembro de 2009
Refrigeradores Perfeitos(...não existem)
∆S = − |Q|Tf
+|Q|Tq
Não é poss íve l um sér ie de processos cujo único resultado seja a transferência de energia sob forma de calor de um reservatório a uma d a d a t e m p e r a t u r a p a r a u m reservatório a uma temperatura mais alta.
Como podemos satisfazer a primeira e a segunda lei ?
quinta-feira, 3 de dezembro de 2009
Perguntas... • É um dia muito quente de verão, e o condicionador de ar não
está funcionando. Em sua cozinha, você tem um refrigerador funcionando e uma caixa completamente cheia de gelo. Qual deles você deve deixar aberto para refrigerar mais eficazmente o ambiente?
• Suponha que a temperatura dentro de uma casa é mantida a 300K, e a temperatura exterior no verão é 320K, e que o condicionador de ar mantém a cada a 300K. Mais tarde, durante o inverno, a temperatura exterior passa a ser de 280K, e o condicionador de ar mantém a temperatura a a 300K. Nos dois casos, a diferença de temperatura é 20K. A conta de energia elétrica do condicionador será maior no inverno ou no verão?
quinta-feira, 3 de dezembro de 2009