Física B - Módulo 7: 2 Lei da Termodinâmica Flashcards
É naturalmente possível a conversão integral de trabalho em calor?
sim
É naturalmente possível a conversão integral de calor em trabalho?
não
Qual a diferença da 1 Lei da Termodinâmica para a 2 Lei da Termodinâmica?
A 2 Lei da Termodinâmica trata de processos que são naturalmente proibidos, mas que ocorre conservação de energia.
O que são máquinas térmicas?
São dispositivos que, à partir de transformações gasosas cíclicas, convertem parte do calor em trabalho.
Equação dos calores na máquina térmica.
Calor da fonte quente = calor da fonte fria + trabalho
Cálculo do rendimento de uma máquina térmica
N = W / Q (fonte quente)
N = 1 - Q (fonte fria) / Q (fonte quente)
Como se calcula a potência útil de uma máquina térmica
P = W / Variação de tempo
Qual a principal máquina térmica?
Motor térmico / motor de explosão / motor de combustão interna
Como é chamado o ciclo referente ao motor térmico?
Ciclo de Otto.
Quais são os 4 tempos do Ciclo de Otto?
1: admissão;
2: compressão;
3: explosão;
4: Escape.
O que ocorre na etapa de admissão e como ela é representada no gráfico do Ciclo de Otto?
- Entrada da mistura de ar + combustível e descida do pistão;
- Pressão constante e aumento do volume;
- Representação: isóbara.
O que ocorre na etapa de compressão e como ela é representada no gráfico do Ciclo de Otto?
- A mistura é comprimida dentro do cilindro com a subida do pistão.
- Representação: primeira adiabática.
Após a compressão, qual a primeira coisa que acontece e em qual ponto do gráfico ela é representada?
Surgimento de uma centelha elétrica, representada no gráfico pelo ponto C.
O que ocorre na etapa de expansão e como ela é representada no gráfico do Ciclo de Otto?
- O combustível explode, ocorre aumento da pressão e, só depois disso, o pistão reage e é fortemente empurrado para baixo, diminuindo o volume.
- Representação: primeira isovolumétrica e segunda adiabática.
O que ocorre na etapa da descarga e como ela é representada no gráfico do Ciclo de Otto?
- Os gases resultantes da combustão são eliminados;
- Representação: segunda isovolumétrica e o mesmo traço da admissão.
No gráfico do Ciclo de Otto, as adiabáticas estão relacionadas a quê?
Trabalho
No gráfico do Ciclo de Otto, as isovolumétricas estão relacionadas a quê
À troca de calor:
Primeira isovolumétrica: entrada de calor da fonte quente;
Segunda isovolumétrica: expulsão do calor resultante do motor para a fonte fria.
Enunciado da 2 Lei da Termodinâmica para máquinas térmicas.
É impossível uma máquina térmico cujo o único resultado seja a absorção de calor de uma fonte e a conversão integral desse calor em trabalho.
O que é a máquina/ciclo de Carnot?
É uma máquina térmica idealizada que apresenta máximo desempenho à partir de um conjunto de processos reversíveis (ideais).
Quais fatores afetam o rendimento de uma máquina térmica, ou seja, provocam a irreversibilidade dos processos térmicos?
- Atrito;
- Transferência de energia;
- Expansão não resistida.
Quando que a transferência de calor e a expansão não resistida seriam processos reversíveis?
- Caso a transferência de calor seja à partir de uma diferença infinitesimal de temperatura;
- Caso o êmbolo da expansão não resistida apresente uma diferença de pressão infinitesimal entre os dois lados.
Quais são os processos do Ciclo de Carnot?
1- O fluido do motor recebe o calor Q1 da fonte quente por meio de um processo isotérmico à temperatura T1. A temperatura do motor, em comparação com a fonte quente, é infinitesimalmente menor.
2- O fluido do motor expulsa o calor Q2 para a fonte fria, cuja a temperatura é T2, por meio de um processo isotérmico. A temperatura do motor é infinitesimalmente maior que a temperatura da fonte fria.
O fluido muda a sua temperatura de T1 para T2 por meio de processos adiabáticos.
No gráfico do Ciclo de Carnot, o que as adiabáticas e as isotermas representam?
Isotermas: Transferência de calor
Adiabática: Mudança de temperatura.
Etapas do Ciclo de Carnot de acordo com a representação do gráfico.
A - B = Expansão isotérmica: absorção do calor da fonte quente;
B - C = Expansão adiabática: diminuição da temperatura de T1 para T2.
C - D = Compressão isotérmica: rejeição do calor para a fonte fria.
D - A = Compressão adiabática: aumento da temperatura de T2 para T1.
Etapas do Ciclo de Carnot de acordo com a representação do gráfico.
A - B = Expansão isotérmica: absorção do calor da fonte quente;
B - C = Expansão adiabática: diminuição da temperatura de T1 para T2.
C - D = Compressão isotérmica: rejeição do calor para a fonte fria.
D - A = Compressão adiabática: aumento da temperatura de T2 para T1.
Como representar o ciclo de um refrigerador de Carnot?
Ciclo de Carnot no sentido anti-horário
Como se calcula o rendimento (N) de uma máquina de Carnot ?
N = 1 - Q2 / Q1 ou N = 1 - T2 / T1 (expressas em Kelvin)
Seguindo a equação do rendimento de Carnot, quando que a máquina apresentará maior rendimento de acordo com as temperaturas?
À medida que:
- A temperatura da fonte fria diminui;
- A temperatura da fonte quente aumenta.
O que são refrigeradores?
São dispositivos que, à partir de transformações gasosas cíclicas, conseguem transferir calor da fonte fria para a fonte quente após sofrer um trabalho externo.
Como se calcula a eficiência de um refrigerador?
E = Q1 (calor da fonte fria) / W
Ou
E= Q (calor da fonte fria) / Q2 (calor da fonte quente) - Q1 (calor da fonte fria)
Como funciona cada ciclo de um refrigerador térmico?
Uma quantidade de calor Q1 é transferida de uma fonte fria para o refrigerador, que transfere uma quantidade de calor Q2 para uma fonte quente. Além disso, o refrigerador precisa de uma quantidade W de trabalho para funcionar.
Equação dos calores envolvendo o refrigerador e o trabalho.
Q2 (calor para a fonte quente) = Q1 (calor da fonte fria) + W (trabalho)
Como se mede a eficiência de um refrigerador de Carnot?
E = Tf (temperatura da fonte fria) / Tq - Tf (temperatura da fonte quente - temperatura da fonte fria)
Enunciado da 2 Lei da Termodinâmica para refrigeradores.
É impossível um refrigerador, operando em ciclos, retirar calor de uma fonte fria e transferir para uma fonte quente sem sofrer trabalho externo.
Qual é o tipo de refrigerador utilizado por geladeiras, freezers, ar-condicionados e balcões frigoríficos?
Refrigerador por compressão a vapor.
Quais serpentinas existem em um refrigerador?
- Evaporador;
- Condensador.
Quais são as etapas de um refrigerador?
Existe um fluido especial que passa pelo refrigerador.
1- O fluido é praticamente líquido e apresenta uma temperatura menor que a fonte fria. Esse líquido, portanto, recebe o calor Q1 da fonte fria e passa pelo evaporador, sofrendo uma vaporização isobárica.
2- Esse vapor passa pelo compressor, onde recebe o trabalho W e é comprimido;
3- O vapor quente e pressurizado passa pelo condensador, cede o calor Q2 para a fonte quente e sofre uma transformação isobárica.
4- O líquido, então, passa pelo estrangulamento, onde há uma queda súbita da pressão. Parte do fluido vaporiza e sua temperatura diminui.
Os manuais de refrigerador apresentam a recomendação de que o equipamento não deve ser instalado próximo a fontes de calor, como fogão e aquecedores, ou em local onde incida diretamente a luz do sol. A instalação em local inadequado prejudica o funcionamento do refrigerador e aumenta o consumo de energia. Por que ocorre aumento do consumo de energia?
- A liquefação da substância refrigerante no condensador exige mais trabalho do compressor.
Se colocarmos o refrigerador próximo a superfícies quentes seria o mesmo que aumentar a temperatura da fonte quente, assim é necessário que o compressor realize mais trabalho sobre o gás para que ele possa levar a mesma quantidade de calor a partir da fonte fria, isto é, o aumento do consumo de energia é justificado pelo aumento do trabalho por unidade de tempo realizado pelo compressor para que, assim, ele também consiga sofrer adequadamente a transformação adiabática.
Se abríssemos uma geladeira em um quarto, o quarto seria resfriado? Justifique
Não, pois a geladeira retiraria calor do quarto e devolveria pro quarto.
O que aconteceria se abríssemos uma geladeira em um quarto?
O quarto esquentaria, uma vez que o calor que volta para o ambiente terá acréscimo de trabalho e será mais quente.
Por que as máquinas térmicas não possuem 100% de rendimento?
Uma máquina térmica nunca será ideal. Isso devido às inúmeras perdas de energia que acontecem: aquecimento do motor, ruídos, vibrações. Essas perdas e o fato de os processos serem irreversíveis são sinônimos de aumento da entropia do sistema, ou seja, aumento da desordem.
