Primeira e Segunda lei da Termodinâmica

Termodinâmica é um ramo da física que lida com a energia e o trabalho de um sistema. Ela lida apenas com a resposta em grande escala de um sistema que podemos observar e medir em experimentos, interações em pequena escala são descritos pela teoria cinética dos gases. Existem três principais leis da termodinâmica, que são descritas separadamente. Cada lei leva à definição de propriedades termodinâmicas que nos ajudam a compreender e prever o funcionamento de um sistema físico, nesse blog vou apresentar alguns exemplos simples dessas leis e propriedades para uma variedade de sistemas físicos.

Observando um trabalho realizado no, ou por um gás, verifica-se que a quantidade de trabalho depende não só do que os estados iniciais e finais do gás, mas também o processo, ou o caminho que produz o estado final. Do mesmo modo a quantidade de calor transferido para ou a partir de um gás também depende dos estados inicial e final e do processo que produz o estado final. Muitas observações de gases reais têm mostrado que a diferença do fluxo de calor para o gás e o trabalho realizado pelo gás depende somente dos estados iniciais e finais do gás e não dependem do processo ou caminho que produz o estado final. Isto sugere a existência de uma variável adicional, chamada a energia interna, o qual só depende do estado e não do processo. Sendo essa uma variável de estado, assim como a temperatura ou a pressão. A primeira lei da termodinâmica define a energia interna (E) como sendo igual à diferença entre a transferência de calor (Q) em um sistema e de trabalho (W) feito pelo sistema.

E2 - E1 = Q + W

Observem que foram ressaltadas as palavras "em" e "pelo" na definição. O calor removido a partir de um sistema seria atribuído um sinal negativo na equação.  O Trabalho pode ser negativo ou positivo, tudo depende da sua referência de sistema e vizinhança.

Da mesma maneira que a energia potencial pode ser convertida em energia cinética conservando a energia total do sistema, a energia interna de um sistema termodinâmico pode também ser convertida em outras formas de energia. Observe, no entanto, que o calor e o trabalho não podem ser armazenados ou conservados de forma independente, uma vez que dependem do processo. A primeira lei da termodinâmica permite que muitos estados possíveis de um sistema possam existir, mas apenas certos estados são encontrados na natureza. A segunda lei da termodinâmica ajuda a explicar esta observação.

A primeira lei é na realidade uma forma de Lei da conservação da energia que pode ser enunciada como “em todo processo termodinâmico não há ganho ou perda de energia”. Ou, simplificando, que a quantidade de calor fornecida a um sistema é transformado em energia interna (U), em trabalho (W) ou mais comumente em ambos.



Já a segunda Lei estabelece a disponibilidade de energia térmica, onde o calor não pode ser transformar em trabalho mecânico a menos que se possa passar de uma fonte quente para uma fonte fria, ou em outras palavras, não se pode fazer passar calor de uma fonte fria para uma fonte quente sem que se gaste trabalho mecânico no processo.
Uma máquina refrigeradora é de certo modo um motor térmico que trabalha ao contrário, ou seja, toma calor de uma fonte à baixa temperatura e o faz passar a uma região ou substância de maior temperatura. E para.realizar tal processos deve-se gastar trabalho mecânico,

A segunda lei está preocupado com a entropia (S).  Se o volume e energia de um sistema é constante, então a cada mudança no sistema aumenta a entropia. Se o volume ou a energia mudar, então a entropia do sistema diminui.