A doua lege a termodinamicii se ocupă cu transferul de energie termică. Aceasta înseamnă că indică schimburi de căldură care tind să egaleze diferite temperaturi (echilibru termic), care se întâmplă spontan.
Principiile sale sunt:
- Căldura este transferată spontan de la corpul cu temperatură mai mare la cel cu temperatură mai mică.
- Fiecare proces are o pierdere, deoarece randamentul său este întotdeauna mai mic de 100%.
Se exprimă prin următoarea formulă:
Unde,
η: Randament
ÎTHE: căldură furnizată prin încălzire
ÎB: căldură netransformată în muncă
Această lege a fost stabilită din studiile lui Sadi Carnot (1796-1832). Încurajat de revoluția industrială, fizicianul francez a studiat posibilitatea creșterii eficienței mașinilor.
Analizând Mașini termice, Carnot a constatat că sunt mai eficienți atunci când a existat un transfer de căldură de la temperatura mai ridicată la temperatura inferioară. Acest lucru se întâmplă întotdeauna în această ordine, la urma urmei transferul de energie termică este un proces ireversibil.
Aceasta înseamnă că munca depinde de transferul de energie termică, amintindu-ne că nu este posibil să transformăm toată căldura în muncă.
S-a bazat pe ideile lui Carnot, că Clausius și Kelvin și-au bazat studiile pe termodinamică.
A doua lege a termodinamicii este legată de conceptul de entropie. completează Prima lege a termodinamicii, care se bazează pe principiul conservării energiei.
Ciclul Carnot
Pentru ca energia să nu crească întotdeauna (să ne imaginăm în cazul unei mașini), este necesar ca la un moment dat să revină la starea inițială și să repornească procesul. Procesul este astfel ciclic.
În timp ce o parte funcționează la temperaturi mai ridicate, cealaltă parte funcționează la temperaturi mai scăzute. Acest lucru este posibil conform celei de-a doua legi a termodinamicii.
Ciclul, în sensul acelor de ceasornic, absoarbe căldura. Acesta este cazul motoarelor. Ciclul, în sens invers acelor de ceasornic, pierde căldură. Acesta este cazul frigiderelor.
Pentru a afla mai multe despre Ciclul Carnot.
Citește și tu Termodinamica și Formule de fizică.
Exerciții rezolvate
1. (UFAL-AL) Analizați următoarele propoziții:
() Mașina termică este un sistem care efectuează transformări ciclice: după ce a suferit o serie de transformări, revine la starea inițială.
() Este imposibil să construiți un motor termic care să transforme complet căldura în lucru.
() Căldura este o formă de energie care se transferă spontan de la corpul cu temperatură mai mare la cel cu temperatura inferioară.
() Este imposibil să se construiască o mașină termică care are o eficiență mai mare decât mașina Carnot, care funcționează între aceleași temperaturi.
() Când un gaz primește 400 J de căldură și efectuează 250 J de lucru, energia sa internă crește cu 150 J.
Toate propunerile sunt adevărate.
2. (CEFET-PR) Al doilea principiu al termodinamicii poate fi afirmat după cum urmează: „Este imposibil să construiești o mașină funcționarea termică în cicluri, al cărei singur efect este de a elimina căldura dintr-o sursă și de a o transforma complet în muncă."
Prin extensie, acest principiu ne conduce la concluzia că:
a) este întotdeauna posibil să se construiască utilaje termice a căror eficiență este de 100%;
b) orice mașină termică are nevoie doar de o sursă fierbinte;
c) căldura și munca nu sunt cantități omogene;
d) orice motor termic preia căldură dintr-o sursă fierbinte și respinge o parte din acea căldură într-o sursă rece;
e) numai cu o sursă rece, menținută întotdeauna la 0 ° C, ar fi posibil ca un anumit motor termic să transforme căldura în întregime în lucru.
Alternativa d: orice motor termic preia căldura dintr-o sursă fierbinte și respinge o parte din căldură la o sursă rece;
3. (ENEM-MEC) Refrigerarea și congelarea alimentelor sunt responsabile pentru o parte semnificativă a consumului de energie electrică într-o reședință tipică.
Pentru a reduce pierderile termice ale unui frigider, pot fi luate unele precauții de funcționare:
I. Distribuiți mâncarea pe rafturi lăsând spații goale între ele, astfel încât aerul rece să poată circula în jos și aerul cald în sus.
II. Păstrați pereții congelatorului cu un strat foarte gros de gheață, astfel încât creșterea masei de gheață să mărească schimbul de căldură din congelator
III. Curățați periodic radiatorul („rețeaua” din spate), astfel încât grăsimea și praful depuse pe acesta să nu reducă transferul de căldură în mediu.
Pentru un frigider tradițional, este corect să indicați numai,
a) operațiunea I
b) operațiunea II.
c) operațiunile I și II.
d) operațiunile I și III.
e) operațiunile II și III.
Alternativa d: operațiile I și III.
Vezi și tu: Exerciții de termodinamică
