FÍSICA��1ª SÉRIE
�LEIS TERMODINÂMICAS – II
�AULA 54
OBJETIVOS
VAMOS FAZER UM BOLO?
Mistura-se os ingredientes, farinha, ovo, fermento, açúcar, entre outros, que depois são batidos na batedeira. Embora difícil, é possível separar todos os ingredientes novamente antes de inserir o bolo no forno?
Teoricamente falando, enquanto os ingredientes ainda estão crus, há possibilidade de separá-los novamente.
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:2_pétrin_à_spirale_capot_relevé.jpg
Agora, após o bolo estar pronto já não há mais possibilidade alguma de separação dos ingredientes originais.
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Kuko_.jpg
SEGUNDA LEI DA TERMODINÂMICA
Estuda a irreversibilidade dos fenômenos naturais em um sistema fechado. O calor é transferido de forma espontânea do corpo de maior temperatura para o de menor temperatura e todo processo tem perda porque seu rendimento sempre é inferior a 100%.
No caso do bolo já assado não pode ser possível retroceder, mas com ele cru, a separação dos ingredientes só poderia ocorrer de forma artificial.
Enunciado de Kelvin-Planck:
É impossível a construção de uma máquina que, operando em um ciclo termodinâmico, converta toda a quantidade de calor recebido em trabalho.
Enunciado de Clausius:
O calor não pode fluir, de forma espontânea, de um corpo de temperatura menor, para um outro corpo de temperatura mais alta.
2ªLEI DA TERMODINÂMICA
2ªLEI DA TERMODINÂMICA
CARROS ELÉTRICOS x À COMBUSTÃO?
Existe um motivo bem forte ligando a chegada deles com a 2ª Lei da Termodinâmica, e não é o combate à poluição. Sabe qual é?
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/e/e3/Autolib_Paris_04_2016_7374.JPG/640px-Autolib_Paris_04_2016_7374.JPG
Motores à combustão transformam a energia da queima em diversas formas de energia que não temos como aproveitar, como ruído e o calor eliminado (por exemplo), entre diversas outras. Isso oferece a esse tipo de motor uma eficiência relativamente pequena em relação a outros sistemas, como o elétrico.
1) Fonte quente (Q1) joga energia para o motor;
1
2
3
2) O motor transforma parte dessa energia em trabalho (τ);
3) Parte dessa energia é cedida (ou desperdiçada) para a fonte fria (Q2).
τ = Q1 - Q2
2ªLEI DA TERMODINÂMICA
Motor à Vapor
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/31/SteamMachine_OOL.jpg
Não há como transformar toda a energia recebida em trabalho!
RENDIMENTO DE UMA MÁQUINA
TÉRMICA
η = rendimento (%)
τ = trabalho (J, joules)
Q1 = energia recebida da fonte quente (J, joules)
Uma máquina térmica opera com a sua fonte quente com uma quantidade de calor 400 cal e a sua fonte fria possui opera com quantidade de calor de 200 cal. Qual é o rendimento dessa máquina térmica?
Para se obter o rendimento, em valores porcentuais (%) multiplica-se o valor de 𝛈 por 100:
𝛈 = 50 %
Dados:
Q1 = 400 cal
Q2 = 200 cal
η = ?
ATIVIDADE
RELAÇÃO ENERGIA E TEMPERATURA
A “RAZÃO” das temperaturas da fontes quente e fria é diretamente proporcional à razão das energias correspondentes das fontes quente e fria!
Q1 = calor recebido da fonte quente
Q2 = calor cedido à fonte fria
TFQuente = T1 = temperatura da fonte quente
TFFria = T2 = temperatura da fonte fria
Uma máquina térmica opera com a sua fonte quente com
uma temperatura de 200°C e a sua fonte fria possui temperatura de 50°C. Qual é o rendimento dessa máquina térmica?
Dados:
Primeiramente, as temperaturas devem ser convertidas para kelvin:
TK = TC + 273
T1 = 200° + 273° = 473 K
T2 = 50° + 273° = 323 K
η = ?
ATIVIDADE
Parte I
NÃO FUNCIONA! Então temos que trocar a razão das energias pela razão das temperaturas
Para se obter o rendimento, em % multiplica-se
o valor de 𝛈 por 100%:
𝛈 = 31,71 %
A máquina de Heron é um sistema binário, em que duas forças realizam momento no mesmo sentido.
Materiais:
- 1 lata metálica de refrigerante;
- Tubos de cobre bem finos (é possível utilizar uma segunda latinha para essa função);
- barbante;
- 1 vela;
- 1 parafuso com porca;
- Durepox.
SUGESTÃO DE ATIVIDADE
Para deixar o experimento mais interessante, também pode-se fazer um suporte com canos, trocar o barbante por um arame para então prender em um rolimã.
Parte I
http://portaldoprofessor.mec.gov.br/storage/discovirtual/aulas/14397/imagens/a13_f2_maquina_heron_sofisticada.png
Montagem:
- Na lateral da lata, faça dois furos a mesma altura, mas em lados opostos da lata;
- Dobre os canos na forma de L e os coloque nos buracos laterais com o furo de cada cano alinhado em posição oposta ao outro;
- Na parte superior faça um furo centralizado para colocar o parafuso com a porca. Vede com durepox todas as saídas de ar, só deixando os dois buracos laterais.
- Pelo buraco dos parafusos, coloque uma quantidade de água na lata de forma que não ultrapasse a altura dos furos;
- Parafuse o buraco superior da lata e o prenda ao barbante. Acenda a vela embaixo da lata, bem próxima a ela, e veja o que acontece.
SUGESTÃO DE ATIVIDADE
Parte II
O QUE VIMOS HOJE?
Professor, caso tenha alguma sugestão ou elogio para esta aula, acesse:
GODOY, L. P. Agnolo, R. M. MELO, W. C. Multiversos : Ciências da Natureza : CIÊNCIA, SOCIEDADE E AMBIENTE Ensino Médio. 1ª ed. São Paulo: FTD, 2020.
PIETROCOLA, M. POGIBIN, A. ANDRADE, R. ROMERO, T. Física em Contextos. Vol 2. São Paulo: Ed do Brasil, 2016.
BONJORNO e vários autores. Física: Termologia . Óptica . Ondulatória 2º ano. Vol 2. 3ª ed. São Paulo: FTD, 2016.
BARRETO F, Benigno. SILVA, Claudio. Física aula por aula: Termologia.Óptica.Ondulatória, 2º ano. Vol 2. 3ª Ed. São Paulo: FTD, 2016.
MARTINI, Glorinha. SPINELLI, Walter. REIS, Hugo C. SANT’ANNA, Blaidi. Conexões com a Física. Vol 2. 3ª Edição. São Paulo: Moderna, 2016.
FUKE, L.F. YAMAMOTO, K. Física Para o Ensino Médio 2 - Termologia, Óptica, Ondulatória. 4ª ed. São Paulo: Saraiva, 2016.
Princípios da Termodinâmica. <https://brasilescola.uol.com.br/fisica/principio-termodinamica.htm>. Acesso em 13 abr. 2021
Refrigeração. <https://www.infoescola.com/fisica/refrigeracao/>. Acesso em 19/04/2021.
REFERÊNCIAS