2ª LEI DA TERMODINÂMICA

Lei zero da termodinâmica
Se A está em equilíbrio térmico com B, e A também está em
equilíbrio térmico com C, podemos concluir que B está em
equilíbrio térmico com C.
A
B
B
A
C
C
Conceitos iniciais
"A termodinâmica estuda as relações entre energia térmica
(calor) trocada e energia mecânica (trabalho) realizada numa
transformação de um sistema e o resto do Universo (que denominamos
meio exterior)."
Trabalho realizado por um gás
Em um sistema termodinâmico quem exerce a força é o gás e o
deslocamento é feito pelo embolo ao sofrer variação de volume. Portanto
o trabalho termodinâmico é expresso pela equação:
  p.V
Trabalho pela área
Propriedade:
"O trabalho é numericamente igual à área, num gráfico da pressão em
função da variação do volume."
Energia Interna
A energia total de um sistema é composta de duas parcelas: a energia
externa e a energia interna.
Energia externa: são devidas as relações que ele guarda com seu
meio exterior: a energia cinética e a energia potencial gravitacional.
Energia interna: relaciona-se com suas condições intrínsecas. É
basicamente dada pela soma das energias em grande parte energia
potencial, energia cinética e energia de rotação de todas as moléculas
que compõem o gás, dada pela expressão abaixo.
3
U  n.R.T
2
A figura representa o sistema de movimento das partículas
1ª LEI DA TERMODINÂMICA
Estabelece a equivalência entre energia térmica (calor)
e energia mecânica (trabalho), baseando-se no
princípio da conservação de energia que diz: “A
energia não pode ser criada nem destruída, mas
somente transformada de uma espécie em outra”.
Q    U
Balanço das Energias
• Q (absorvido) > 0
• Q ( cedido) < 0
• Não troca calor Q= 0 (transf. adiabática)
ΔU = - 
•  (expansão) > 0
•  (compressão) < 0
• não realiza nem recebe trabalho  = 0 (transf. isométrica) ΔU = Q
• ΔU >0 , temperatura aumenta
• ΔU <0 , temperatura diminui
• ΔU = 0 , transformação isotérmica, Q = 
2ª LEI DA
TERMODINÂMICA
FOTOS: FABIO YOSHIHITO MATSUURA/CID
Processos reversíveis e irreversíveis
Transformações cíclicas
• Em qualquer transformação cíclica:
• T = 0 e, portanto,  U = 0.
Transformações cíclicas
De acordo com a primeira lei da termodinâmica, se nos
ciclos U = 0, então Q = .
•
Se, durante o ciclo, o gás realiza
trabalho, este deve receber calor
de uma fonte.
• Se, durante o ciclo, for realizado
trabalho sobre o gás, este cede
calor ao meio.
Segunda Lei da Termodinâmica
• energia térmica sob a forma de calor é transferida
espontaneamente de um corpo com maior temperatura
para um corpo com menor temperatura, e o contrário
não acontece naturalmente.
Máquina Térmica
A formulação de Kelvin-Planck do Segundo Princípio da
Termodinâmica
Clausius
“É impossível construir uma máquina térmica que, operando num ciclo,
não produza nenhum efeito além da absorção de calor de um
reservatório e da realização de uma quantidade igual de trabalho”
Kelvin-Planck
É impossível a construção de uma máquina que, operando em um ciclo
termodinâmico, converta toda a quantidade de calor recebido em
trabalho
É impossível construir uma máquina
trabalhe com rendimento de 100%
que
IMPORTANTE
“A primeira lei proibe a criação ou
destruição da energia; enquanto a segunda
lei limita a disponibilidade da energia e os
modos de conservação e de uso da energia,
mostrando possíveis transformações de
energia.”
Máquinas térmicas
• Motor de explosão
Ciclo de Carnot: rendimento máximo
•Nicolas Léonard Carnot
demonstrou teoricamente que
o ciclo que possibilita
rendimento máximo é
reversível, e desenvolveu um
ciclo especial para calcular o
rendimento máximo que uma
máquina térmica poderia ter.
Diagrama PV para o ciclo de Carnot
AB: Tranformação isortérmica. O sistema
absorve calor Q.
B  C: Expansão adiabática
C  D: Compressão isotérmica. O sistema
libera Q.
D  A: Compressão adiabática.
O trabalho líquido realizado
Observe que para o ciclo
U  0
máq., é igual ao calor líquido recebido num ciclo.
  Q  Qq  Q f
Rendimento térmico da máquina de Carnot


Qq
 1
Qf
Qq
ou   1 
Carnot mostrou que
Tf
Qf
Tq
Qq

Tf
Tq
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Máquinas frigoríficas: transformação de
trabalho em calor
ZHONG CHEN/SHUTTERSTOCK
•A transferência de calor de uma fonte fria a outra quente só é possível
graças ao trabalho realizado por um agente externo.
Máquinas frigoríficas: transformação de
trabalho em calor
• Eficiência de uma máquina frigorífica:

Q2

• Eficiência máxima de uma máquina frigorífica:
Q2
T2

 
Q1  Q2
T1  T2
4 Segunda lei da termodinâmica
3ª Lei da Termodinâmica
Entropia
• Mede a desordem de um sistema isolado
• A entropia do Universo tende sempre a aumentar.
• A variação de entropia S de um sistema que esteja
passando por transformação isotérmica é:
EUTOCH/SHUTTERSTOCK
•O umidificador evaporativo promove evaporação da
água, que retira energia do ar e resfria o ambiente. O
processo é irreversível.
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Entropia