entropia

Entropia Matéria

Na discussão anterior, estudamos vários enunciados específicos da segunda lei da termodinâmica. Deve-se notar que esses enunciados específicos só podem explicar certos processos irreversíveis. O enunciado de Clausius explica apenas a transferência de calor e sua relação com o princípio de funcionamento dos refrigeradores. Os enunciados de Kelvin e Planck relacionam-se ao princípio de funcionamento das máquinas térmicas . Essencialmente, esses dois enunciados dizem respeito à transferência de calor. Existem muitos outros processos irreversíveis que não podem ser explicados usando esses dois enunciados.

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Máquina de refrigeração

Artigos sobre máquinas de refrigeração

Um refrigerador é uma máquina térmica que funciona ao contrário. Assim, uma máquina térmica retira calor de uma região de baixa temperatura e o rejeita para uma região de alta temperatura. Para que esse processo ocorra, a máquina deve realizar trabalho. No entanto, o calor flui naturalmente apenas de uma região de alta temperatura para uma região de baixa temperatura. O calor não pode fluir espontaneamente de uma região de baixa temperatura para uma região de alta temperatura. Isso está de acordo com o enunciado de Clausius discutido anteriormente. Para o processo que ocorre em um refrigerador, o enunciado de Clausius pode ser escrito da seguinte forma:

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Ciclo do motor de Carnot

Artigo sobre o ciclo do motor de Carnot

Para descobrir como aumentar a eficiência de uma máquina térmica, o cientista francês Sadi Carnot (1796-1832) estudou teoricamente uma máquina térmica ideal em 1824. Naquela época, a primeira e a segunda leis da termodinâmica ainda não haviam sido formuladas. A primeira lei não havia sido formulada porque os cientistas ainda não sabiam que calor é energia. Após os experimentos de Joule e seus colegas na década de 1830, os cientistas passaram a ter certeza apenas de que calor é energia transferida devido a diferenças de temperatura. Assim, a primeira lei da termodinâmica foi formulada após 1830. Sadi Carnot estudou teoricamente uma máquina térmica ideal em 1824. Sua pesquisa visava, na verdade, aumentar a eficiência das máquinas a vapor em uso na época. A maioria das máquinas a vapor daquele período era pouco eficiente.

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Segunda Lei da Termodinâmica

Artigo sobre a Segunda Lei da Termodinâmica

Todos os processos naturais ocorrem em apenas uma direção, não podendo ocorrer na direção oposta, o que é comumente chamado de processos irreversíveis. Uma manga, após ser solta do caule e cair livremente no chão, nunca mais se move para cima. Um livro que empurramos e paramos nunca retorna à nossa direção. Se tocarmos um objeto de alta temperatura (objeto quente) com um objeto de baixa temperatura (objeto frio), o calor flui naturalmente do objeto de alta temperatura para o de baixa temperatura. Nunca observamos o processo inverso, em que o calor se move naturalmente de um objeto frio para um objeto quente. Se esse processo ocorresse, o objeto frio ficaria mais frio, enquanto o objeto quente ficaria mais quente. Mas, na realidade, não é assim que acontece. Existem muitos processos irreversíveis que parecem diferentes entre si, mas todos envolvem mudanças na forma de energia e a transferência de energia de um objeto para outro.

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Aplicação da Primeira Lei da Termodinâmica a diversos processos termodinâmicos

Artigo sobre a aplicação da Primeira Lei da Termodinâmica a diversos processos termodinâmicos.

Anteriormente, discutimos a Primeira Lei da Termodinâmica e analisamos o trabalho realizado por um sistema. Desta vez, examinaremos algumas aplicações da Primeira Lei da Termodinâmica em quatro processos termodinâmicos. Os quatro processos termodinâmicos em questão são isotérmico, isocórico, isobárico e adiabático. Esses termos têm origem grega.

Processo isotérmico (temperatura constante)

Primeiramente, vamos revisar a aplicação da primeira lei da termodinâmica a um processo isotérmico. Em um processo isotérmico, a temperatura do sistema é mantida constante. O sistema que estamos analisando teoricamente é um gás ideal. A temperatura de um gás ideal é diretamente proporcional à sua energia interna (U = 3/2 nRT). Como T permanece constante, U também permanece constante. Portanto, quando aplicada a um processo isotérmico, a equação da primeira lei da termodinâmica torna-se:

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Lei da conservação da energia

Artigo sobre a Lei da Conservação da Energia

Formas de energia

Em nosso dia a dia, existem muitas formas de energia. No tópico de trabalho e energia, fomos apresentados a duas formas de energia mecânica: energia potencial e energia cinética . A energia potencial consiste em vários tipos, incluindo energia gravitacional, energia elástica e energia elétrica . A energia cinética consiste em dois tipos: energia cinética de translação e energia cinética de rotação.

Uma manga deliciosa e madura possui energia potencial gravitacional enquanto está pendurada pelo caule. O mesmo acontece quando você está a uma certa altura do solo, por exemplo, em um telhado. Um objeto possui energia potencial gravitacional devido à sua posição em relação à Terra.

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Primeira Lei da Termodinâmica

Material da Primeira Lei da Termodinâmica

Processo Termodinâmico

Calor (Q) é a energia que se move de um objeto para outro devido a uma diferença de temperatura. Em relação ao sistema e ao ambiente, o calor pode ser definido como a energia que se move do sistema para o ambiente ou a energia que se move do ambiente para o sistema devido a uma diferença de temperatura. Se a temperatura do sistema for maior que a temperatura do ambiente, o calor fluirá do sistema para o ambiente. Inversamente, se a temperatura do ambiente for maior que a temperatura do sistema, o calor fluirá do ambiente para o sistema.

Se o calor (Q) está relacionado à transferência de energia devido a uma diferença de temperatura, então o trabalho (W) está relacionado à transferência de energia que ocorre por meios mecânicos. Por exemplo, se um sistema realiza trabalho sobre o ambiente, então a energia se moverá automaticamente do sistema para o ambiente. Inversamente, se o ambiente realiza trabalho sobre o sistema, então a energia se moverá do ambiente para o sistema.

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