Segunda Lei da Termodinâmica

Educação e Pedagogia

14/09/2015

As transformações da matéria podem ser cíclicas ou normais. Nas transformações cíclicas, as condições iniciais coincidem com as condições finais (T’ = T”). Em transformações cíclicas a variação de entalpia é nula. Não é possível que uma máquina cíclica converta todo o calor produzido em trabalho.

A segunda lei da termodinâmica explica a espontaneidade das transformações físicas e químicas. Ela relaciona propriedades que, até seu surgimento, não eram relacionadas. Verifica qual a relação entre as propriedades (Temperatura, pressão e calor) do sistema.

Por que os gases se expandem? Esta expansão é espontânea?

Vamos descobrir!

Esta propriedade dos gases ocorre devido à busca que os átomos têm em avançar para o sentido de menor energia, isto é, do sentido de maior energia para o de menor energia, sugerindo a ideia de espontaneidade.

Nesse sentido, não é necessário à realização de trabalho para que a reação ocorra. A espontaneidade é simplesmente a tendência natural em que a reação ou transformação ocorre.

Kelvin enunciou a 2ª Lei da Termodinâmica da seguinte maneira: “Não é possível um processo que tenha, como único resultado, a absorção de calor de um reservatório térmico e a sua completa conversão em trabalho”. As transformações espontâneas não exigem trabalho para que ocorram.

Nas máquinas térmicas o movimento térmico é desordenado e é convertido em trabalho. Toda máquina térmica possui uma fonte quente e um sumidouro (Em relação à máquina térmica, é o local que recebe o calor que não é convertido em trabalho) frio, e sempre há uma parcela de energia, na forma de calor, que é rejeitada pelo sistema e, consequentemente, enviada ao sumidouro. Esta energia não é convertida em trabalho, logo, é desperdiçada.

Em uma máquina térmica o rendimento é dado pela relação do trabalho (w) que ela realiza em cada ciclo, e o calor (Q¹), absorvido durante o ciclo da fonte quente: R= w /Q¹ --> R= 1- (Q²/Q¹).

Para Q² = 0 o rendimento da máquina seria 100%, no entanto, esta seria uma máquina ideal (máquina de Carnot).


Máquina de Carnot

É uma máquina idealizada que converte calor em trabalho.

O ciclo percorrido pelo gás na máquina de Carnot é denominado ciclo termodinâmico ou ciclo de Carnot. Este ciclo é um ciclo ideal sendo o mais eficiente com 100% de aproveitamento do calor produzido entre dois focos de temperatura. A seguir iremos conhecer uma máquina de Carnot.

Visualizando a máquina de Carnot: Nas máquinas reais Q² é diferente de 0.

Temperaturas devem ser expressas em kelvin, trabalho e calor devem estar nas mesmas unidades.