A LEI DA TERMODINAMICA

INTRODUÇÃO

A segunda lei da termodinâmica é uma das construções mais interessantes do pensamento científico. Desde sua primeira formulação no século 19 sempre ocorreu uma discussão entre cientistas de diferentes formações sobre sua compreensão social dando possíveis explicações descritas como perigosas.

De uma perspectiva macroscópica a segunda lei da termodinâmica é compreendida como a lei da evolução, o que significa que a seta determina o tempo. Ela determina um processo reversível que conserva-se ao ocorrer no universo em equilíbrio evolutivo e é irreversível no universo em declínio, ou seja, durante a transformação a energia proveitosa disponível no universo será sempre menor do que no tempo anterior. Energia proveitosa significa que a energia pode ser convertida com sucesso e a redução ou grau irreversível de energia proveitosa desse processo é realizada alterando sua entropia no universo.

Neste contexto o termo "universo" deve ser interpretado como um sistema vasto, mas limitado e isolado e a partir do qual existe um sistema menor onde ocorrem processos reversíveis ou irreversíveis. Esta lei implica que após um determinado processo a entropia do universo é sempre maior ou igual a zero.

SEGUNDA LEI DA TERMODINAMICA

As coincidências que ocorrem em um processo reversível são as únicas em que a termodinâmica permite o mesmo tempo reverso que na micromecânica quando os processos ocorrem com deslocamento constante e quase-estático do equilíbrio do sistema. O resto do universo para que a entropia total seja mantida constante. Das várias fórmulas que encontramos para expressar a segunda lei todas equivalentes assearemos este trabalho no postulado de Kelvin que mostra que não há processo. Não há como extrair calor de uma fonte e transformá-lo em trabalho puramente útil que não afeta mais o resto do universo.

A instrução final significa que o sistema deve ser restaurado ao seu estado original ou seja o processo deve ser revertido. Então estamos falando de um processo cíclico. Desta forma pode-se concluir que uma máquina térmica cíclica é capaz de extrair calor de uma fonte de reserva e executá-lo com total sucesso. Com ase nisso as seguintes inferências podem ser feitas a saber o teorema de Carnot. O argumento do físico Sadi Carnot exposto em seu artigo de 1824 sore a máquina impõe limites à eficiência de uma máquina térmica ideal. Pode-se observar que não há atrito entre os componentes ou a energia emitida na forma de som. (CARNOT, 1824).

Nesse sentido a máquina térmica ideal é a de Carnot porque está associada primeiro ao princípio da variação e porque maximiza o ganho (ou seja o trabalho que pode ser feito) sem alterar a entropia do universo. A máquina de Carnot possui mais propriedades do que qualquer outra máquina reversível pois estabelece limites de eficiência sem afetar a reversibilidade do processo e reduz a energia útil em cada ciclo de trabalho portanto possui um limite superior. Surge uma pergunta natural: como os ciclos de conversão de calor bem-sucedidos não podem ser concluídos qual é a saída máxima permitida? Carnot o pioneiro deste estudo fundador descreveu o ciclo para determinar a produção máxima:

[pic 1]

Fonte: Parisi (2002)

Os ciclos podem ser definidos de forma muito simples. O primeiro passo é manter o equilíbrio térmico entre o dispositivo e a fonte de calor à medida que o vapor amplia do estado comprimido A para o estado ampliado B e efetua mecanicamente o trabalho. Nesta etapa o vapor e os alimentos são mantidos na mesma temperatura T1. Para alcançar a eficiência máxima é indispensável um equilíbrio térmico, do contrário, se a temperatura do vapor for inferior ao do processo será irreversível e afetará o rendimento. Antes de passar para a próxima etapa precisamos destacar algumas observações indispensáveis sobre a etapa anterior. A amplitude da termodinâmica da segunda lei fundamental é a entropia S que é determinada indiretamente por pequenas mudanças:

[pic 2]

Fonte: Oliveira e Dechoum (2003)

Em todos os métodos reversíveis a temperatura T do sistema deve ser considerada como a temperatura constante. A troca de calor (dQ) entre o sistema e o ambiente é irrestrita. Se o sistema captar calor (dQ positivo) do local a entropia S do sistema intensificará, caso contrário reduzirá. Para um processo reversível finito (não decimal) a variação de entropia pode ser obtida compreendendo a equação:

[pic 3]

Fonte: Nussenzveig (1996).

Esta tarefa matemática pode ser tornar custosa, conforme a temperatura T muda na linha integral. Em alguns casos é elementar. Tal como, na primeira fase do ciclo de Carnot a temperatura T1 é mantida continua e pode ser demonstrada na integração. A consequência é apenas o calor absorvido totalmente pelo vapor Q1 que é a energia liberada para nos dar trabalho mecânico. Diante disso podemos provar esta separação usando a equação abaixo:

[pic 4]

Fonte: Eiserg e Lerner (1983).

O efeito desta integração é menor: o calor de troca é zero e a entropia do vapor não muda em nada. Assim sendo, como a temperatura T1 permanece constante nos estágios iniciais do ciclo de Carnot e o mesmo acontece com a entropia. Assim sendo, o segundo estágio do ciclo de Carnot é uma conversão isotrópica. À medida que avançamos para o terceiro estágio do ciclo de Carnot no qual o vapor é comprimido do estado C para outro caminho D, tal que sua entropia corresponda ao estado final (ou inicial valor). Durante esta compressão o dispositivo mantém a inalterabilidade térmica na temperatura T2 enquanto gera muito calor: