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Segunda lei da Termodinâmica: o que representa?

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Em um sentido geral, a segunda lei da termodinâmica afirma que as diferenças entre sistemas em contato tendem a igualar-se. As diferenças e pressão, densidade e, particularmente, as diferenças de temperatura tendem a equalizar-se. Isto significa que um sistema isolado chegará a alcançar uma temperatura uniforme. A segunda lei se usa normalmente como a razão pela qual não se pode criar uma maquina de movimento perpétuo.

Maquinas térmicas

As máquinas térmicas foram os primeiros dispositivos mecânicos a serem utilizados em larga escala na indústria, por volta do século XVIII. De maneira mais primitiva, era usado o aquecimento para transformar água em vapor, capaz de movimentar um pistão, que por sua vez, deslocava um eixo que tornava a energia mecânica útil para as indústrias da época.

Chama-se máquina térmica o dispositivo que, utilizando duas fontes térmicas, faz com que a energia térmica se transforme em energia mecânica (trabalho).

A fonte térmica fornece uma quantidade de calor que no dispositivo transforma-se em trabalho mais uma quantidade de calor que não é capaz de ser utilizado como trabalho.

Assim é válido que:

Quantidade de calor = Q1 – Q2

Utiliza-se o valor absolutos das quantidades de calor pois, em uma máquina que tem como objetivo o resfriamento, por exemplo, estes valores serão negativos.

Neste caso, o fluxo de calor acontece da temperatura menor para o a maior. Mas conforme a 2ª Lei da Termodinâmica, este fluxo não acontece espontaneamente, logo é necessário que haja um trabalho externo, assim:

Rendimento das máquinas térmicas

Pode-se chamar de rendimento de uma máquina a relação entre a energia utilizada como maneira de trabalho e a energia oferecida:

Considerando:

R =rendimento;

T= trabalho convertido através da energia térmica fornecida;

Q1 =quantidade de calor fornecida pela fonte de aquecimento;

Q2=quantidade de calor não transformada em trabalho.

R = T / |Q1|

 

Mas como constatado: T = |Q1| – |Q2|

Logo, podemos expressar o rendimento como: R = |Q1| – |Q2|/|Q1|

O valor mínimo para o rendimento é 0 se a máquina não realizar nenhum trabalho, e o máximo 1, se fosse possível que a máquina transformasse todo o calor recebido em trabalho, mas como visto, isto não é possível. Para sabermos este rendimento em percentual, multiplica-se o resultado obtido por 100%.

Exemplo:

Um motor à vapor realiza um trabalho de 12kJ quando lhe é fornecido uma quantidade de calor igual a 23kJ. Qual a capacidade percentual que o motor tem de transformar energia térmica em trabalho?

 

 

 

 

Ciclo de Carnot

Para que a energia não esteja sempre a crescer (vamos imaginar no caso de uma máquina), é necessário que em um certo momento ela volte ao seu estado inicial e reinicie o processo. O processo é, assim, cíclico.

Enquanto uma das partes funcionam em temperaturas mais elevadas, a outra parte funciona em temperaturas mais reduzidas. Isso é possível de acordo com a Segunda Lei da Termodinâmica.

O ciclo, em sentido horário, absorve calor. É o caso dos motores. O ciclo, em sentido anti-horário, perde calor. É o caso dos refrigeradores.

Conclusão

Então pode-se compreender o funcionamento das máquinas desenvolvidas a partir da elaboração da teoria sobre a Segunda Lei da Termodinâmica. Além disso, fica evidente que as leis da termodinâmica são de total importância para a nossa vida, pois podemos compreender com clareza o funcionamento das máquinas que nos auxiliam no nosso cotidiano e, sendo assim, a segunda lei da termodinâmica pode ser entendida como uma lei de evolução no sentido de definir a seta do tempo. Ela define processos reversíveis que acontecem em um universo em constante equilíbrio, e processos irreversíveis onde o universo evolui de maneira a “degradar-se”, isto é, de forma tal que durante a evolução a energia útil disponível no universo será sempre menor que no instante anterior.


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