Fundamentos de Física 9ª Edição Vol 2 - Halliday 2 ED 9 (em cores)

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256 CAPÍTULO 20
Tempos de uma
máquina de Carnot
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lsoterma: calor
é absorvido Adiabática: Figura 20-9 Diagraina
não há troca pressão-volu1ne do ciclo
o QQ Um trabalho positivo
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o de calor seguido pela substância
•O:: é realizado. de trabalho da máquina
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... ... de Carnot da Fig. 20-8 .
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l\' ll' O ciclo é fonnado por
T, Q
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duas isoter1nas (ab e cd)
Q
( Tr, e duas adiabáticas (bc e
( Ty da). A área sombreada
o Volume o Volume lsoterma: limitada pelo ciclo é
Adiabática: Um trabalho calor é igual ao trabalho W
não há troca negativo é cedido por ciclo realizado pela
(a) de calor realizado. (b) máquina de Camot.
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Figura 20-1 O O 1.1<.lo Jc Carnot da
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1.011,t,tlllt:
metido a um peso. O cilindro pode ser colocado entre duas fontes de calor, como
na Fig. 20-6, ou sobre uma placa isolante. A Fig. 20-9a mostra que, quando colocamos
o cilindro em contato com a fonte quente à temperatura T Q• uma quantidade
de calor IQQI é transferida da fonte quente para a substância de trabalho enquanto o
gás sofre uma expansão isotérmica do volume V,, para o volume Vb. Analogamente,
quando a substância de trabalho é posta em contato com a fonte fria, à temperatura
Tp, uma quantidade de calor IQFI é transferida da substância de trabalho para a fonte
fria enquanto o gás sofre uma compressão isotérmica do volume Vc para o volume
vd (Fig. 20-9b).
Na máquina térmica da Fig. 20-8, supomos que as transferências de calor para
a substância de trabalho ou para a fonte de calor ocorrem apenas durante os processos
isotérmicos ab e cd da Fig. 20-9. Assim, os processos bc e da nessa figura, que
ligam as isoterrnas correspondentes às temperaturas T Q e T p, devem ser processos
adiabáticos (reversíveis), ou seja, processos nos quais nenhuma energia é transferida
na forma de calor. Para isso, durante os processos bc e da o cilindro é colocado sobre
uma placa isolante enquanto o volume da substância de trabalho varia.
Durante os processos ab e bc da Fig. 20-9a, a substância de trabalho está se
expandindo, realizando trabalho positivo enquanto eleva o êmbolo e o peso sustentado
pelo êmbolo. Esse trabalho é representado na Fig. 20-9a pela área sob a curva
abc. Durante os processos cd e da (Fig. 20.9b), a substância de trabalho está sendo
comprimida, o que significa que está realizando trabalho negativo sobre o ambiente
ou, o que significa o mesmo, que o ambiente está realizando trabalho sobre a substância
de trabalho enquanto o êmbolo desce. Esse trabalho é representado pela área
sob a curva cda. O trabalho líquido por ciclo, que é representado por W nas Figs.
20-8 e 20-9, é a diferença entre as duas áreas e é uma grandeza positiva igual à área
li1nitada pelo ciclo abcc/a da Fig. 20-9. Esse trabalho W é realizado sobre u1n objeto
externo, como uma carga a ser levantada.
A Eq. 20-1 (ll.S = f c!QIT) nos diz que qualquer tra11sferência de energia na fo~·­
ma de calor envolve u1na variação de entropia. Para ilustr,lr as variações de entropia
<lc u,na máquina de Carnot, podemos plotar o ciclo ele Carnot en1 un1 diagran1a ternperatura-cntropia
(T-S), co1no n1ostra a Fig. 2()-1 O. Os pt)ntos in<licalios pelas letras
a, h, e e <l na Fig. 20- 1 () corresponden1 at>s pontos indicadt)S pelas n1esn1as letra~ no
<l1agra1na JJ-\1 da Fig. 20-9. As duas rl'l,ts horill)Jltai.., na Fig. 20- 10 correspondern
ªº" dois procc..,sn.., isotL·rnuc..·l>S tio c1clll de Ca1not (pois a tcn1pcratura é constante).