Trabalho Feito M quinas T rmicas

Máquinas Térmicas

Para que um dado sistema realize um processo cíclico no qual retira certa quantidade de energia, por calor, de um reservatório térmico e cede, por trabalho, outra quantidade de energia à vizinhança, são necessários dois reservatórios térmicos com temperaturas diferentes. Máquina térmica é qualquer dispositivo que permite a um dado sistema realizar um processo cíclico desse tipo.

Uma máquina térmica retira certa quantidade de energia Q2, por calor, de um reservatório térmico de temperatura alta T2, cede uma quantidade de energia menor Q1, também por calor, a um reservatório térmico de temperatura baixa T1 e cede uma quantidade de energia W, por trabalho, à vizinhança (Fig.62).

Em cada ciclo, o sistema retorna ao estado inicial: DU = 0. Então, quantidade de energia W, cedida, por trabalho, à vizinhança, pode ser escrita:

W = Q2 + Q1

Não podemos esquecer que as quantidades W e Q2 são positivas e a quantidade Q1 é negativa. Nesse contexto, é interessante usar apenas quantidades positivas e, por isso, vamos substituir Q1 por - Q1. Com isso, a expressão acima fica:

W = Q2 - Q1

Agora, todas as grandezas são positivas. É claro que essa última expressão pode ser escrita: Q2 = Q1 + W. A vantagem de usar apenas quantidades positivas é que fica evidente o balanço energético, isto é, a conservação da energia: da quantidade de energia Q2, retirada do reservatório de alta temperatura, a fração Q1 é cedida ao reservatório de baixa temperatura e a fração W é cedida à vizinhança.

Para caracterizar a qualidade de uma máquina térmica em transformar a energia retirada do reservatório térmico de alta temperatura por calor em energia cedida à vizinhança por trabalho, definimos o rendimento:

ou, levando em conta a expressão acima:

Pelo enunciado de Kelvin para a segunda lei da Termodinâmica, nenhum sistema pode realizar qualquer processo cíclico cujo único efeito seja retirar, por calor, certa quantidade de energia de um único