Termodinamica aplicada capitulo 1

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Módulo I – Segunda Lei da Termodinâmica e Ciclos

Limites da Primeira Lei

No estudo da termodinâmica básica vimos que a energia deve ser conservar e que a Primeira Lei enuncia essa conservação. Porém, o cumprimento da Primeira Lei não nos garante que um processo ocorra realmente. Podemos evidenciar isso com um experimento muito simples. Se colocarmos um prato de comida que acabou de sair doforno sobre a mesa iremos verificar que com o tempo o calor é transferido da comida para o ambiente, esfriando nosso alimento. Esse experimento segue perfeitamente a Primeira Lei, pois o calor perdido pela comida se conserva sendo transferido para ar ambiente a sua volta. Agora vejamos o caso contrário. Se colocarmos um prato com a comida quente sobre a mesa neste mesmo ambiente não tem como oalimento aquecer ainda mais retirando calor do ar a sua volta, porque o mesmo se encontra numa temperatura menor, e já sabemos da física que o calor flui de um ponto com temperatura mais elevada para um ponto com temperatura menor. Porém se analisarmos não haveria violação da Primeira Lei, uma vez que a quantidade de energia perdida pelo ar estaria no alimento. Esse argumento deixa calor que oprocesso ocorre a uma determinada direção, e não na direção oposta. Poderíamos então dizer que o processo ocorre no sentido em que ele é espontâneo, vejamos. Conceitualmente processos espontâneos são aqueles que ocorrem sem que a vizinhança necessite realizar trabalho sobre o sistema. Na maioria das situações processos espontâneos ocorrem se a energia do sistema diminui, isto é, uma bola cai da mão parao chão, pois com isso diminui a energia potencial presente nela. Porém nem sempre isso é verdadeiro. Um exemplo que pode parecer contraditório é a dissolução de cloreto de sódio (sal de cozinha). Essa dissolução é endotérmica (absorve energia para ocorrer), portanto não deveria ocorrer de forma espontânea, mas o faz.

Então a diminuição da energia de um sistema não é suficiente para prever seele é ou não espontâneo. Infelizmente a Primeira Lei trata apenas de variações de energia, e enuncia a proporcionalidade entre calor e trabalho, mas não o sentido que ela assume. Outros exemplos que a Primeira Lei não é capaz de explicar:   Um corpo mais quente troca calor com uma vizinhança mais fria,

mas o inverso não ocorre espontaneamente. Ar a alta pressão num reservatório escoaespontaneamente para

a vizinhança assim que a válvula é aberta, mas o sentido contrário não é possível acontecer.

Aspectos da Segunda Lei

1. 2. 3.

Prever o sentido dos processos. Estabelecer condições para o equilíbrio. Determinar o melhor desempenho teórico de ciclos, motores e

outros dispositivos. 4. Avaliar quantitativamente os fatores que impedem o alcance do

melhor nível dedesempenho teórico. 5. Definir uma escala de temperatura independente das

propriedades de qualquer substância termométrica. 6. Desenvolver meios para avaliar propriedades tais como energia

interna e entalpia em termos de propriedades que são fáceis de obter experimentalmente.

Segunda Lei da Termodinâmica

Além da direção dos processos a Segunda Lei identifica a qualidade da energia, bem como aquantidade como já fazia a Primeira Lei. A qualidade da energia é uma grande preocupação dos engenheiros. Existem vários enunciados para a Segunda Lei e iremos apresentar dois deles. Segundo Clausius: É impossível para qualquer sistema operar de tal maneira que o único resultado seja a transferência de energia sob a forma de calor de um corpo mais frio para um corpo mais quente. Esse enunciadonão exclui os refrigeradores, equipamentos que transferem calor de uma temperatura mais baixa para uma mais alta, apesar de parecer que sim, mas mostra que para ocorrer o processo de refrigeração é necessário que energia externa seja fornecida.

Segundo Kelvin-Planck: É impossível para qualquer sistema operar em um ciclo termodinâmico forneça uma quantidade líquida de trabalho para a sua...
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