RESUMO 2ª LEI DA TERMODINÂMICA

Vamo lá galera. Vamo entendê essa joça aqui hoje!

A 2ª Lei da Termodinâmica fala sobre processos reversíveis e irreversíveis, e a partir desses processos podemos criar ciclos, o que dá origem às máquinas térmicas.

Entropia

• A entropia está relacionada aos processos reversíveis e irreversíveis que discutimos em sala de aula. Um dia na vida de vocês a entropia vai ser algo importante, mas hoje vocês só precisam saber que ela está relacionada à reversibilidade e irreversibilidade das coisas.

Enunciados da 2ª Lei:

• É impossível remover energia térmica de um sistema e convertê-la totalmente em trabalho sem mudanças no sistema ou em suas vizinhanças;
• De forma espontânea, o calor migra da maior para a menor temperatura;
• É impossível que uma máquina térmica operando em ciclos transforme toda a energia térmica em trabalho. (Praticamente igual ao 1º enunciado).

Máquinas Térmicas

• As máquinas térmicas tentam reproduzir processos reversíveis. É o que o motor de um carro faz, só que o processo não é totalmente reversível porque ele sempre precisa de combustível.
• O objetivo de uma máquina térmica é transformar energia térmica em energia mecânica. 
• No desenho, perceba que há uma fonte quente, que manda gás para a máquina térmica, que cria trabalho; e tem uma portinha lá perto do pistão que permite a saída de gás para que o processo torne-se reversível. O gás que escapuliu vai para a "fonte fria", que é o universo.
• Desenhando de forma mais simples, fica assim:

Eficiência/Rendimento

• Eu posso fazer uma razão entre o Trabalho realizado e o Calor numa máquina térmica para saber o quanto ela é eficiente. Nós fazemos isso dessa forma:
• Numa máquina ideal, todo o calor inicial é convertido em trabalho, logo Q1 = W. e a razão W/Q1 seria igual a 1, o que dá um rendimento de 100%.
• Numa máquina térmica real, parte do calor vai para a fonte fria (Q2). Então o Trabalho será a diferença entre o calor inicial (Q1) e o final (Q2). W = Q1 - Q2
• Continuamos usando a razão entre o W e o Q1 ali de cima, mas agora substituimos o W por Q1 - Q2. Então fica:
• η = W/Q1 (esse "η" é de "eficiência". Também podemos ver como "e" )
• η = (Q1 - Q2)/Q1
• A conta já está certa, mas para facilitar as nossas vidas, colocamos tudo em módulo, assim:
• η = (|Q1| - |Q2|)/|Q1|
• Você também pode encontrar essa fórmula como η = 1 - (|Q2|/|Q1|)

Ciclo de Carnot

• É o processo reversível praticamente perfeito. É aquele com a maior eficiência possível.
• É um processo cíclico. Na aula de transformações cíclicas eu já mostrei como é um processo desses num gráfico. Só que neste caso, o processo é composto por duas transformações isotérmicas e duas adiabáticas.
• Neste ciclo, quase nada de calor é transferido de um lugar para o outro, por isso, ao se calcular a eficiência do processo nós utilizamos a temperatura ao invés do Q1 e Q2. Fica assim:
• η = (T1 - T2)/T1
• Como a temperatura se dá em Kelvin, não é necessário utilizarmos módulo na equação.
• Não há como existir uma máquina térmica de 100% de rendimento porque precisaríamos de uma temperatura abaixo de 0K para que quando a T2 atingisse um equilíbrio térmico na fonte fria ela ficasse em 0K. Além disso, não existe gás que se comporta como gás em 0K. Nesta temperatura, ele vira um sólido.

Refrigeradores e Aquecedores

• É o que a sua geladeira faz. Ela aquece e resfria as coisas ao mesmo tempo. 
• Um refrigerador faz tudo ao contrário de uma máquina térmica. A partir de uma fonte fria, ele libera o calor para uma máquina térmica, que a partir de um trabalho induzido por algo externo envia esta "energia fria" para um local quente. Desse jeitinho aqui:
• A fonte fria da sua geladeira é o compressor, que mantém o fluido dentro da sua geladeira (freón) de forma líquida. Esse fluido se torna vapor em temperaturas menores do que 0ºC. O líquido desse compressor passa por uma expansão adiabática, tornando-se um gás. O gás sobe até a fonte quente, aonde temos o congelador, e lá ele tenta entrar em equilíbrio térmico com as coisas que estiverem dentro dele (Danoninho ice, feijão...). Depois de um tempo, o gás vai caminhando até o compressor, onde se torna líquido novamente. Para o compressor manter o fluido como líquido, ele precisa realizar trabalho, a partir da energia elétrica. Antes do líquido sofrer uma expansão adiabática, ele perde calor para o meio ambiente, o que faz a parte de trás da geladeira ficar quentinha. 
• Um aquecedor funciona da mesma forma que uma máquina térmica. A diferença é que ao invés de se criar trabalho, um trabalho vindo de um meio externo pode aumentar ainda mais a transferência de calor para a fonte fria. Esse trabalho vindo de um meio externo normalmente é a tomada da sua casa.

Beijo na sua orelha cheia de cera.