Aula 6-48: Leis da termodinâmica

Lei zero da termodinâmica

É a lei que estabelece a transitividade do equilíbrio térmico. Isto é, de acordo com esta lei, se um corpo A está simultaneamente em equilíbrio térmico com um corpo B e um corpo C, então B e C estão em equilíbrio térmico.

 

 

Primeira lei da termodinâmica

Esta lei é uma versão da lei de conservação de energia. Tal lei afirma que o calor cedido a um sistema contendo uma porção gasosa é igual à variação de sua energia interna somada ao trabalho realizado por esta porção de gás.

É comum, também, vermos esta mesma lei expressa do seguinte modo:

 

➔ OBS. SOBRE A VARIAÇÃO DE ENERGIA INTERNA DO GÁS:

A variação de energia interna do gás ocorrerá sempre que variar a temperatura do gás; pois a variação de energia para gases ideais é função da variação de temperatura:

Misturando-se esta equação com a equação de Clapeyron, obetermos a seguinte relação:

➔ CONVENÇÃO DE SINAIS:

 

Convenção de sinais para a primeira lei da termodinâmica

Q	Recebe calor	Cede calor	Adiabática
	Q > 0	Q < 0	Q = 0
Δ U	A temperatura aumenta	A temperatura diminui	Isotérmica
	Δ U > 0	Δ U < 0	Δ U = 0
τ	O volume expande	O volume comprime	Isovolumétrica
	τ > 0	τ < 0	τ = 0

 

 

Trabalho nas transformações adiabáticas

Como sabemos, as transformações adiabáticas são aquelas em que não há troca de calor entre o gás e o meio externo; assim sendo, podemos, a partir da primeira lei da termodinâmica, inferir que:

 

 

Segunda lei de termodinâmica

➔ ENTROPIA

Entropia é uma grandeza física que indica o grau de desordem de um sistema. A imagem abaixo ilustra um recipiente que possui em seu interior gás. Observe que o grau de desordem na segunda imagem é maior que o da primeira, pois, na primeira, as moléculas de gás concentram-se todas em um canto do recipiente, ao passo que, na segunda, elas espalham-se por todo o receptáculo.

 

➔ ENUNCIADOS DA SEGUNDA LEI: Ao longo da história, muitos cientistas se referiram a segunda lei da termodinâmica de diferentes modos, porém nunca contraditórios. Abaixo estão elencados alguns dos mais notórios enunciados:

 

I. Enunciado geral:

Num sistema termodinamicamente isolado, a entropia tende sempre a aumentar. Em outras palavras: a variação de entropia sempre será maior que zero ; ou ainda: qualquer processo espontâneo tenderá a sempre aumentar a desordem do sistema

II. Enunciado de Clausius

O calor não pode fluir, espontaneamente, de um corpo de temperatura menor, para um outro corpo de temperatura maior

III. Enunciado de Kelvin-Plank

É impossível a construção de uma máquina que, operando em um ciclo termodinâmico, converta toda a quantidade de calor recebido em trabalho

A segunda lei na prática:

 

⚛ Ao quebrarmos um frasco de perfume, as moléculas que o constituem e dão odor ao perfume, rapidamente se espalharão pelo ambiente, aumentando o grau de entropia; prova disso é que podemos detectar o odor do perfume assim que o mesmo é quebrado;

 

⚛ O apodrecimento de produtos orgânicos também depõe a favor da segunda lei; pois ao mantermos um orgânico sem vida isolado num sistema, a entropia do sistema aumentará, fazendo as moléculas do composto orgânico se desintegrarem, dilacerando e dando o caráter horrendo que característico de um produto putrefato;

 

⚛ O simples esfriar de uma xícara de café quente também é produto da segunda lei da termodinâmica. As moléculas que se concentram agitadas na xícara tenderão a dispersarem energia fazendo a temperatura do café cair;

 

⚛ Também como consequência desta lei, não há maquina térmica que, operando em ciclos, consiga converter integralmente calor em energia e, portanto, não há moto-perpétuo (veremos isso nas próximas aulas).