Cite exemplos de máquinas térmicas reais (motores de carro, usinas, turbinas, geladeiras, ar-condicionado, corpo humano, etc.) e discuta como a 2 a lei se manifesta nelas.
Passo 1
O enunciado pede para citar exemplos de máquinas térmicas reais e mostrar como a Segunda Lei da Termodinâmica aparece nelas. Vamos primeiro lembrar o que é uma máquina térmica e o enunciado mais usual da 2ª lei: nenhuma máquina operando entre uma fonte quente a temperatura
e um sumidouro a
pode ter eficiência maior que a eficiência de Carnot
e que toda máquina real gera entropia
, reduzindo ainda mais sua eficiência.
Passo 2
Motor de carro (ciclo Otto)
Um motor a gasolina recebe calor na combustão (fonte quente) e rejeita
pelo escapamento e bloco (sumidouro). A eficiência real é
Um motor a gasolina recebe calor
porque há irreversibilidades: perdas por atrito, bombear o óleo, troca de calor não ideal. Essas perdas geram entropia
e fazem
cair bem abaixo de
.
Passo 3
Usina termelétrica (ciclo Rankine)
A usina recebe vapor a alta pressão e temperatura no tubo de alta pressão e rejeita calor no condensador (água de torre a
). A eficiência prática
fica em torno de
–
, distante de
, devido a irreversibilidades no gerador de vapor, turbinas, bombas e trocadores de calor. Cada trocador aumenta a produção de entropia.
A usina recebe vapor a alta pressão e temperatura
Passo 4
Refrigerador doméstico
Aqui a “máquina” é um frigorífico que retira calor do interior (sumidouro frio) e rejeita
atrás (fonte quente), consumindo trabalho
. A razão de desempenho é
Aqui a “máquina” é um frigorífico que retira calor
Para bombear calor de um reservatório mais frio a um mais quente, é preciso trabalho, conforme a 2ª lei. Irreversibilidades (vazamentos de calor, atritos do compressor) reduzem ainda mais o COP.
Passo 5
Ar-condicionado
Funciona igual a um refrigerador: retira calor de dentro do ambiente e libera para fora
. A Segunda Lei impõe
. Na prática, perdas no compressor, tubulações e expansão criam irreversibilidades e elevam a geração de entropia.
Funciona igual a um refrigerador: retira calor de dentro do ambiente
Passo 6
Corpo humano
Nosso metabolismo converte energia química (alimento) em trabalho mecânico e calor. A “eficiência” bioquímica de músculos fica em torno de –
. O restante vira calor, que é rejeitado para o ambiente. A diferença entre o calor gerado e o calor dissipado envolve irreversibilidades bioquímicas (reações enzimáticas que produzem entropia).
Nosso metabolismo converte energia química (alimento) em trabalho mecânico e calor. A “eficiência” bioquímica de músculos fica em torno de
Resposta
Exemplos e manifestação da 2ª lei:
– Motor de carro: eficiência menor que Carnot devido a atrito e trocas de calor não ideais .
– Usina termelétrica: irreversibilidades em turbinas, bombas e trocadores implicam .
– Geladeira: requer trabalho para transferir calor do frio para o quente, limitado por .
– Ar-condicionado: análogo à geladeira, com irreversibilidades reduzindo o COP prático.
– Corpo humano: converte alimento em trabalho e calor, com eficiência bioquímica baixa e produção de entropia nas reações metabólicas.
– Motor de carro: eficiência menor que Carnot devido a atrito e trocas de calor não ideais
– Usina termelétrica: irreversibilidades em turbinas, bombas e trocadores implicam
– Geladeira: requer trabalho para transferir calor do frio para o quente, limitado por
– Ar-condicionado: análogo à geladeira, com irreversibilidades reduzindo o COP prático.
– Corpo humano: converte alimento em trabalho e calor, com eficiência bioquímica baixa e produção de entropia nas reações metabólicas.