A segunda lei da termodinâmica é o estudo da troca de calor em temperatura diferentes dos corpos com o própósito de fornecer o equilíbrio térmico.
O que significa entropia?
A entropia está diretamente relacionada a segunda lei da termodinâmica, por isso, vamos falar dela agora.
A entropia significa desordem, aqui é uma forma diferente de se organizar um sistema.
Para você entender melhor, imagine três copinhos e por baixo destes copos, colocamos três bolinhas amarelas e por cima, três bolinha verdes.
Quando você balança o pote, as bolinhas se misturam, provocando desordem em suas posições iniciais. É difícil que por mais que voltemos a chacoalhar o pote, elas voltem exatamente na posição inicial.
Portanto, o estado natural é sempre aumentar a desordem do sistema.
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A entropia e a termodinâmica
A entropia é um conceito que foi desenvolvido pelo pesquisador e engenheiro Nicolas Sadi Carnot.
Em meio as suas pesquisas sobre energia térmica e mecânica ele identificou que poderia uma máquina térmica com total eficiência.
Primeira lei da termodinâmica
Esta lei consiste que o movimento considerado aqui como trabalho da matéria, se transforme em calor. Seu único e principal fundamento está na conservação da energia.
E esta conservação existe como forma de calor e trabalho. A conservação de energia faz com que o sistema num todo, conserve e ao mesmo tempo, transfira energia.
Isso quer dizer que a energia pode ter aumento, diminuição e permanência constante ao mesmo tempo, ou seja, o calor resulta da soma do trabalho com a variação interna de energia.
O fundamento é resultado da variação da energia interna que resulta do calor trocado com o meio externo menos o trabalho realizado.
Calor
Quando o calor trocado com o meio ambiente for maior que 0, o sistema receberá calor. Se este calor trocado for menor que 0, o sistema perderá o calor.
Se não houver troca de calor, ou seja nulo, o sistema não receberá em nem perderá calor.
Trabalho
Se o trabalho é maior que 0, o corpo exposto terá seu calor expandido. Se este trabalho for menor que 0, o corpo exposto terá seu calor reduzido. Se não há trabalho no corpo exposta, seu calor se torna constante.
Variação de energia interna
Se esta variação de energia interna for maior que 0, tem aumento de temperatura. Se a variação for menor que 0, diminui a temperatura. Se não houver a variação a temperatura é constante.
Diante disso, a temperatura tende a aumentar com calor ou trabalho.
Veja o seguinte exemplo:
Quando gases se aquecem, máquinas começam a funcionar, realizando seu trabalho na usina. Os gases passam a energia na parte interna das máquinas. Isto faz com que os gases aumentem de volume.
E desta forma, o mecanismo das máquinas são acionados, fazendo as máquinas funcionarem. A primeira lei termodinâmica faz o equilíbrio térmico.
A temperatura de um corpo ou substância tem sua influência dependendo do seu material. A temperatura vai depender da conduta térmica que eles apresentam.
Agora que você entendeu como funciona a primeira lei da termodinâmica, vamos ver sobre a segunda lei da termodinâmica.
A segunda lei da termodinâmica consiste em fazer a transferência de energia térmica. Esta lei faz as trocas de calor para igualar as temperaturas
Imagine uma xícara de café quente, quase pelando. Você tem pressa e precisa tomar este café já. Você coloca um pouco de leite frio para amornar.
Agora temos cafe com leite, o café com maior temperatura e o leite com menor temperatura, ou seja, atingiu o equilíbrio térmico.
O calor se transfere expontaneamente de um corpo maior para o menor onde o calor fornecido pelo aumento da temperatura gera calor não transformado em trabalho.
Lembre-se que a segunda lei da termodinâmica está atrelada à entropia.
Em suas pesquisas estudando máquinas termicas Carnot viu que elas ganhavam mais eficiência que eram transferidos calor da temperatura mais alta para a mais baixa.
Este processo é irreversível.
O ciclo de Carnot
Concentrando-se no bom funcionamento de uma máquina, para que sua temperatura não esteja em constante aumento, é preciso que em determinado momento, ela seja reduzida, para o estado inicial.
Este processo precisa ser obrigatoriamente cíclico. Conforme a segunda lei da termodinâmica.
Existem na mesma máquina temperaturas funcionando elevadas e outras temperaturas funcionando reduzidas.
Este ciclo funcionando de maneira contrária tende a absorver o calor. Este sistema é usado em motores, como por exemplo, os refrigeradores.
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Contribuições
Rudolf Clausius, físico e matemático, Lord Kelvinm físico, matemático e engenheiro e Max Planck, físico alemão contribuíram de forma direta na criação da segunda lei da termodinâmica.
Enunciado de Clausius
O fluxo de calor vai naturalmente do corpo com maior temperatura para o corpo de menor temperatura. Se isto for de forma inversa, causa uma transformação forçada.
Isto depende de ser fornecida mais energia para que isso aconteça.
Enunciado de Kelvin-Planck
Máquinas térmicas que funcione em ciclos não podem transformar toda energia térmica, ou seja, calor em energia mecânica, ou seja, trabalho. É impossível ter máquinas térmicas com 100% de rendimento. Sempre irá existir a energia térmica rejeitada para a fonte fria, ou seja, corpo com temperatura menor. Se não existisse a fonte fria para receber a energia, a saída de energia térmica da fonte quente não existiria.
