Degradação de energia

Degradação de energia • A 1ª Lei da termodinâmica estabelece qu que só só são possíveis as transformações em que se verifique a conservação da energia. No entanto, de todas as transformações que satisfazem esta lei, nem todas podem ocorrer na natureza. • A irr irrev ever ersi sibi bili lida dade de é um uma a car carac acte terí ríst stic ica a dos dos fenómenos naturais.

D e g r a d a çã o d e en e r g i a ( co n t .) • Os processos designam-se por:  r e v e r s í v e i s , se depois de concluídos é possível o sistema regressar ao estado inicial sem que tenham ocorrido alterações quer no sistema quer na vizinhança – processos que podem ocorrer em ambos os sentidos;  i r r e v e r s í v e i s , se depois de concluídos não é possível o regresso do sistema ao estado inicial – processos que ocorrem num único sentido.

D e g r a d a çã o d e en e r g i a ( co n t .) • Uma transformação reversível não pode ser acompanhada de efeitos dissipativos, pois só assim se garante que não ocorrem alterações na vizinhança do sistema. De facto, não é possível eliminar totalmente os atritos durante o movimento dos corpos. • O funcionamento de uma máquina é sempre acompanhado de uma parte de energia não aproveitada de forma útil – d e g r a d a çã o d e e n e r g i a - , pelo que o seu rendimento é inferior a 100%.

D e g r a d a çã o d e en e r g i a ( co n t .) • Concluindo, qualquer transferência de energia conduz à diminuição de energia útil, apesar de a energia total se manter constante, pois uma parte deixa de estar disponível para a realização de trabalho. • A 2ª Lei da Termodinâmica prevê esta degradação de energia.

2 ª Le i d a Te r m o d i n â m i ca • A 2ª Lei da Termodinâmica diz-nos que os processos que ocorrem espontaneamente na natureza dão-se no sentido da diminuição de energia útil e que as transformações espontâneas, processos irreversíveis, ocorrem sempre acompanhadas de um aumento de entropia do Universo.

2 ª Le i d a Te r m o d i n â m i ca ( co n t . ) • A entropia ( ΔS), grandeza física associada à qualidade de energia, mede o grau de desorganização interna de um sistema – quanto m a io r a d e so r d e m de um sistema, m a i o r é a su a e n t r o p i a . Em termos energéticos significa que a e n t r o p i a a u m e n t a com a d i m i n u i çã o d a q u a l i d a d e d e en e r g i a . • A 2ª Lei da Termodinâmica permite prever o sentido dos processos espontâneos e da evolução dos fenómenos naturais, pelo que pode ser enunciada em termos de entropia.

M á q u i n a s t é r m i ca s • São dispositivos que convertem energia térmica (calor) em energia mecânica (trabalho). • Características de uma máquina térmica:  Recebe calor (Q Q ) de uma fonte quente;  Converte parte desse calor em trabalho (W  );  Rejeita o restante calor (Q F) para uma fonte fria;  Opera em ciclos ( ΔU = 0).

M á q u i n a s t é r m i ca s ( co n t .)

M á q u i n a s t é r m i ca s ( co n t .) • Aplicando a 1ª Lei da Termodinâmica: ΔU  =

Q + W  +  R

⇔

0 = QTotal − W  ⇔ QTotal = W  ⇔ W  = QQ − QF 

• Aplicando a fórmula do rendimento: η  =

 E u  E  f 

× 100 ⇔ η  =

W  QQ

× 100 ⇔ η  =

QQ

−

QF 

QQ

× 100 ⇔ η  = 1 −

QF  QQ

× 100

• Numa máquina térmica não é possível transformar todo o calor recebido em trabalho, logo o rendimento será sempre inferior a 100%. • Enunciado da 2ª Lei da Termodinâmica: Não há nenhum processo cíclico capaz de remover calor  de uma única fonte e de o converter integralmente em trabalho.

M á q u i n a s f r i g o r íf i ca s • São dispositivos que operam de modo inverso ao da máquina térmica, ou seja, convertem energia mecânica (trabalho) em energia térmica (calor). Há transferência de energia da fonte fria para a fonte quente. • Características de uma máquina frigorífica:  Tem de ser realizado trabalho (W ) sobre ela;  Retira calor (Q F) de uma fonte fria;  Rejeita calor (Q Q ) para uma fonte quente;  Opera em ciclos ( ΔU = 0).

M á q u i n a s f r i g o r íf i ca s ( co n t .)

M á q u i n a s f r i g o r íf i ca s ( co n t .) • Aplicando a 1ª Lei da Termodinâmica: ΔU  = Q + W  +  R ⇔

0 = QTotal + W  ⇔ −QTotal = W  ⇔ W  = −(QF  − QQ ) ⇔ W  = QQ − QF 

• Numa máquina frigorífica é necessário optimizar a razão entre a quantidade de calor retirada à fonte fria e o consumo da máquina – e f i ci ê n c i a d a m á q u i n a frigorífica. ε  =

efeitodese jado entradanecessária

⇔ ε  =

QF  W 

⇔ ε  =

QF  QQ

− QF 

Nota: A eficiência de uma máquina frigorífica pode ser maior do que a unidade, ou seja, a quantidade de calor retirada da fonte fria pode ser maior do que o trabalho realizado.

M á q u i n a s f r i g o r íf i ca s ( co n t .) • Enunciado da 2ª Lei da Termodinâmica: Não há nenhum processo cíclico cujo resultado único seja a transferência de calor de uma fonte fria para uma fonte quente.