2ª lei da termodinâmica

 

A 2ª Lei da Termodinâmica envolve o funcionamento das máquinas térmicas, ou seja, situações em que o calor é convertido em outras formas de energia. Como exemplo, podemos citar a locomotiva a vapor e o motor do automóvel.

Transformações reversíveis e irreversíveis

Transformações reversíveis são aquelas que se realizam em ambos os sentidos, podendo voltar ao estado inicial, passando pelas mesmas situações intermediárias, sem influências do meio externo, ou seja, processos reversíveis são aqueles que, teoricamente, são completamente reversíveis, podendo realizar a trajetória inversa do processo.

Transformações irreversíveis são aquelas que não realizam em ambos os sentidos. Nesse caso, a operação inversa só pode ocorrer com influência do meio externo ou de corpos circundantes, que devem fornecer energia ao corpo para que ele retorne à posição inicial.

2ª Lei da Termdinâmica

A 2ª. Lei da Termodinâmica pode ser enunciada de duas maneiras:

• Segundo Clausius

“O calor não pode fluir, de forma espontânea, de um corpo de temperatura menor, para um outro corpo de temperatura mais alta”.

Os fenômenos naturais são irreversíveis porque o calor gerado por eles nunca pode ser inteiramente reaproveitado em outra forma de energia.

• Segundo Kelvin-Planck

“Nenhuma máquina térmica operando em ciclos pode retirar calor de uma fonte e transformá-lo integralmente em trabalho”.

É impossível transformar calor de uma fonte quente em energia útil sem que ocorra perdas para a fonte fria. Você pode reduzir essas perdas, por exemplo, diminuindo os atritos, mas nunca as eliminar totalmente.

Máquinas térmicas

Máquina térmica pode ser qualquer dispositivo capaz de transformar a energia interna de um combustível em energia mecânica. Também pode ser definida como o dispositivo capaz de transformar parte de calor em trabalho.

Rendimento de uma máquina térmica

Usando o Princípio da Conservação da Energia, temos: Q₁ = W + Q₂ ou W = Q₁ – Q₂. O rendimento da máquina térmica é dado pela razão entre o trabalho (energia útil) e a quantidade de calor recebida da fonte quente (energia total):

Lembre-se de que a utilização do módulo de Q é necessária em função da Primeira lei e de que se o sistema recebe calor, a quantidade de calor é positiva e se o sistema cede calor, a quantidade de calor é negativa.

O ciclo de Carnot

O ciclo proposto por Carnot é composto de duas transformações isotérmicas alternadas com duas transformações adiabáticas.

Carnot demonstrou que o rendimento (η) de uma máquina térmica depende somente das temperaturas entre as quais ela trabalha ou que, no ciclo de Carnot, o rendimento é função exclusiva das temperaturas absolutas das fontes fria e quente e não depende da substância que faz a máquina térmica funcionar.

Máquinas frigoríficas

Da mesma forma que nos deparamos com máquinas térmicas em nosso cotidiano, também nos deparamos com as máquinas frigoríficas (ou bombas de calor). Exemplos: geladeiras, freezers e refrigeradores. 

Nessas máquinas, o fluido de trabalho é submetido a um ciclo de sentido anti-horário, dessa forma ele retira certa quantidade de calor (Q₂) da fonte fria; e cede calor (Q₁) para a fonte quente. Sabemos que essa passagem de calor da fonte fria para a fonte quente não é espontânea, pois ela é realizada através de um trabalho externo.  Sendo assim, não viola o enunciado de Clausius da segunda lei da termodinâmica.

A eficiência (e) de uma máquina frigorífica é a relação entre a quantidade de calor retirada da fonte fria (Q₂) e o trabalho externo (W) necessário para essa transferência. Então:

Por Thiago Miranda
Me. Prof. de Física