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Entropia e a 2ª lei da termodinâmica Básico

Publicado em 28/07/2009 

Existem outras forma de enunciar a 2ª lei da termodinâmica. Para tal, considere-se os dois exemplos de processos irreversíveis mencionados anteriormente.

No estabelecimento do equilíbrio térmico entre dois objectos, o processo inverso consistiria em dois objectos à mesma temperatura (em equilíbrio térmico), passarem a ter temperaturas diferentes. Neste processo existiria a transferência de energia sob a forma de calor do objecto a temperatura inferior, para o objecto com temperatura superior, de modo a aumentar a diferença de temperatura entre ambos. A entropia do sistema iria diminuir, violando a 2ª lei da termodinâmica.

Assim, podemos enunciar a 2ª lei da termodinâmica de outra forma:

Postulado de Clausius

Uma transformação num sistema isolado, cujo único resultado final seja transferir energia sob a forma de calor de um corpo, a uma dada temperatura, para outro corpo, a temperatura superior, é impossível.

O processo inverso na experiência de Joule consistiria na subida de um corpo até à altura de onde este caiu, enquanto que a temperatura da água diminuía, ou seja, estar-se-ia a remover calor da água, de modo a produzir-se trabalho. No entanto, neste processo fictício a entropia do sistema iria diminuir, indo contra a 2ª lei da termodinâmica.

Este facto permite obter outro enunciado para a 2ª lei da termodinâmica:

Postulado de Lord Kelvin

Uma transformação num sistema isolado, cujo único resultado final seja transformar em trabalho, toda a energia extraída de uma fonte sob a forma de calor, que tem todos os seus pontos à mesma temperatura, é impossível.

A 2ª lei da termodinâmica é de extrema importância, uma vez que estabelece limitações na possibilidade de transformar energia de uma forma noutra.

Por exemplo, com base apenas na 1ª lei, é sempre possível transformar energia sob a forma de calor em trabalho ou trabalho em energia sob a forma de calor, desde que a quantidade de energia sob a forma de calor seja igual à quantidade de trabalho.

Isto apenas é verdadeiro para a transformação de trabalho em energia sob a forma de calor. Um corpo pode ser sempre aquecido por fricção independentemente da sua temperatura, recebendo uma certa quantidade de energia sob a forma de calor, a qual é exactamente igual ao trabalho realizado.

No entanto, existem limitações bem definidas quanto à possibilidade de transformar energia sob a forma de calor em trabalho. Se tal não se verificasse, seria possível construir uma máquina térmica que poderia, por diminuição de temperatura dos arredores, transformar em trabalho a energia assim absorvida sob a forma de calor.

Como a reserva de energia térmica da Terra é praticamente ilimitada, tal máquina poderia produzir uma quantidade infinita de trabalho (estaria sempre a produzir trabalho), e teríamos uma máquina de movimento perpétuo de segunda espécie. Mas a 2ª lei, nomeadamente o postulado de Lord Kelvin, não permite que tal máquina possa realmente existir.

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Referências Bibliográficas

  • [1] Fiolhais C., Valadares J., Silva L., Teodoro V., Física 10º Ano, Didática Editora, Lisboa, 2000.
  • [2] Fermi, E., Termodinâmica, Almedina, Coimbra, 1973.
 

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