Física no Enem – Segunda Lei da Termodinâmica

Ao estudarmos termodinâmica descobrimos como ela está presente em nosso cotidiano, pois muitos aparelhos e equipamentos tidos hoje como essenciais só puderam ser construídos a partir do conhecimento das suas propriedades. Sendo assim, que tal conhecermos um pouco mais sobre esse assunto para garantir mais alguns preciosos pontinhos no Enem?

Esses equipamentos, conhecidos como máquinas térmicas, funcionam a partir do trabalho gerado por processos térmicos, eles possuem a capacidade de transformar a energia térmica em energia mecânica. Para que uma máquina térmica trabalhe continuamente, é necessário que ela opere em ciclos, passando por processos termodinâmicos repetidas vezes.

O Enunciado de Kelvin-Planck – Motores Térmicos

Lembrando que nunca possuímos uma situação ideal, ou seja, o processo de transformação de energia sempre gera perdas, dessa forma, o rendimento das máquinas deve ser considerado em seu dimensionamento e uso. É sobre o rendimento dos motores térmicos que esse Enunciado trata.

Abaixo observamos o esquema do processo térmico que ocorre nos motores:

motores_térmicos

Pela conservação de energia consideramos que o calor que entra no motor (calor da fonte quente – Qq) é igual à soma do trabalho com o calor da fonte fria (Qf).

termodinamica_2lei

O rendimento é calculado através da razão da quantidade do trabalho realizado no ciclo e a energia que entra no motor.

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Isolando o trabalho na equação de conservação de energia, temos:

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Substituindo a equação encontrada no lugar do trabalho:

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Chegamos então na equação utilizada para calcular o rendimento das máquinas térmicas:

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O Enunciado de Clausius – Refrigeradores

O primeiro conceito que vemos quando estudamos o calor é que ele flui da temperatura mais alta para a mais baixa. Partindo desse pressuposto, o enunciado de Clausius afirma que para o calor fluir de uma fonte fria para uma fonte quente é preciso um trabalho, pois essa transmissão não ocorre espontaneamente. Para esse enunciado é calculada a eficiência dos equipamentos.

Veja abaixo o esquema do processo térmico que ocorre nos refrigeradores:

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Pela conservação de energia consideramos que o calor que entra no motor (calor da fonte fria – Qf) é igual à soma do trabalho com o calor da fonte quente (Qq).

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A eficiência é calculada através da razão da quantidade de calor da fonte fria que entra e o trabalho que entra no motor.

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Isolando o trabalho na equação de conservação de energia, temos:

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Substituindo a equação encontrada no lugar do trabalho:

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Chegamos então na equação utilizada para calcular a eficiência dos refrigeradores:

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