Atps Termodinamica

Etapa 3 – passo 1

Entropia e a 2ª lei da termodinâmica Básico

Publicado em 28/07/2009

Ficha de Aprendizagem

Os processos irreversíveis só ocorrem espontaneamente num sentido. Para descrever o sentido de uma transformação irreversível tem-se uma grandeza física denominada entropia, a qual é uma variável de estado extensiva pois é proporcional à quantidade de matéria do sistema.

Como varia a entropia em processos irreversíveis?

No caso do estabelecimento do equilíbrio térmico, que ocorre num sistema isolado constituído por dois objectos inicialmente a temperaturas diferentes, a entropia é por definição, maior no fim do que no início. O sistema evoluiu até a temperatura ser a mesma em todo o lado, não ocorrendo mais nenhuma transformação. Nesse instante, a entropia do sistema tem o valor máximo possível.

Na experiência de Joule, quando no final a água no recipiente fica a uma temperatura superior, a entropia da água é por definição maior. A transformação é irreversível, um objecto cai, causando a agitação das pás, que por sua vez provocam o aumento da temperatura da água. No estado final, quando já não acontece mais nada, a entropia do sistema é a maior possível.

Nestes dois processos termodinâmicos, os respectivos sistemas consideram-seisolados e verifica-se sempre o aumento de entropia quando os processos são irreversíveis.

Pela 2ª Lei da Termodinâmica, em sistemas isolados onde ocorrem processos irreversíveis, a entropia aumenta sempre.

Quando ocorre uma transformação reversível num sistema isolado, a entropia não aumenta nem diminui.

No caso da compressão lenta de um gás contido num contentor cilíndrico com um êmbolo móvel, quando no final da compressão se deixa de aplicar uma força externa, o gás começa a expandir-se lentamente até voltar ao estado inicial. Neste processo, tanto a energia interna como a entropia do sistema mantiveram-se constantes.

Em resumo, a 2ª lei da termodinâmica:

2ª Lei da Termodinâmica

A entropia, que se denota pela letra S, de um sistema isolado nunca diminui, uma vez que aumenta nos processos irreversíveis e mantém-se constante nos processos reversíveis.

Deste modo, sendo a variação de entropia dada por ΔS = Sfinal - Sinicial,tem-se para um sistema isolado:

 ΔS > 0 - processo irreversível

 ΔS = 0 - processo reversível

O aumento de entropia num processo irreversível indica assim, o sentido temporal do sistema isolado, ou seja, estabelece a ordem com que acontecem as várias etapas de um processo irreversível.

Passo 1;2

O ciclo de Carnot Básico

Publicado em 10/08/2009

Ficha de Aprendizagem

Sadi Carnot (1796 - 1832) foi um engenheiro francês que, em 1824, inventou um engenho teórico a que deu o nome de engenho de Carnot.

Suponhamos que o engenho funciona com um gás ideal, que está contido num cilindro onde numa das suas extremidades se encontra um pistão (êmbolo móvel). Tanto o cilindro como o pistão não são condutores térmicos.

A máquina imaginada funcionaria segundo um ciclo de Carnot, que consiste na alternância de duas transformações isotérmicas com duas adiabáticas (não ocorre transferência de energia sob a forma de calor), tal como mostra a figura 1.

Fig. 1 - Diagrama PV (pressão em função do volume) do ciclo de Carnot.

O ciclo de Carnot é um ciclo ideal, que trabalha entre duas temperaturas, Tf eTq, e onde a segunda é superior à primeira. Pela observação da figura 1, constata-se que o ciclo funciona em quatro etapas:

 Processo de A para B: corresponde a uma expansão isotérmica àtemperatura Tq. O gás é posto em contacto térmico, através da base do cilindro, com uma fonte de energia sob a forma de calor à temperaturaTq. Durante a expansão do volume VA para o volume VB, o gás recebe energia, |Qq|, e realiza trabalho, WAB, para empurrar o pistão, aumentando, desta forma, o volume dentro do cilindro.

 Processo de B para C: a base do cilindro é substituída por uma parede não condutora e o gás expande de forma adiabática, isto é, não entra nem sai do sistema energia sob a forma de calor. Durante a expansão, a temperatura do gás diminui de Tq para Tf e o gás realiza trabalho, WBC, ao empurrar o pistão.

 Processo de C para D: o gás é posto em contacto térmico, através da base do cilindro, com uma fonte de energia sob a forma de calor à temperatura Tf e é comprimido isotermicamente. O pistão move-se de forma a diminuir a área dentro do cilindro, realizando trabalho, WCD,sob o gás que é comprimido até ao volume VD. Durante este processo, o gás transfere energia sob a forma de calor, |Qf|, para a fonte fria.

 Processo de D para A: novamente a base do cilindro é substituída por uma parede não condutora, ocorrendo uma compressão adiabática. O gás continua a ser comprimido pelo pistão que realiza trabalho, WDA,sob o gás, o qual aumenta novamente a sua temperatura até Tq, sem que haja qualquer troca de calor no sistema.

As quatro etapas do ciclo de Carnot, encontram-se representadas na figura 2:

Fig. 2 - Esquema do engenho de Carnot, durante as várias etapas do ciclo.

Passo 2

Motor de Combustão Interna : Aparelho capaz de transformar diretamente energia térmica em energia mecânica.

Nos motores de combustão interna, a transformação de energia calorífera resultante da queima ou da explosão de uma mistura de ar - combustível é feita no interior de um dos órgãos da maquina, a câmara de explosão. Podem ser a gás, a gasolina, a álcool, a diesel, a metanol, a benzina, etc. Desses todos, os mais usados são os a gasolina, álcool e diesel.

Os motores de combustão interna são baseados no princípio de que os gases se expandem quando aquecidos. Controlando-se essa expansão dos gases, pode-se obter pressão, a qual será utilizada para movimentar algum órgão da maquina,