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4: A Segunda Lei da Termodinâmica

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    No capítulo que aborda a primeira lei da termodinâmica, começamos nossa discussão com uma piada de C. P. Snow afirmando que a primeira lei significa “você não pode vencer”. Ele parafraseou a segunda lei como “você não pode empatar, exceto em um dia muito frio”. A menos que você esteja em zero kelvin, você não pode converter 100% da energia térmica em trabalho. Começamos discutindo processos espontâneos e explicamos por que alguns processos exigem trabalho para ocorrer mesmo que a energia tenha sido conservada.

    • 4.1: Prelúdio da Segunda Lei da Termodinâmica
      A segunda lei da termodinâmica limita o uso de energia dentro de uma fonte. A energia não pode passar arbitrariamente de um objeto para outro, assim como não podemos transferir calor de um objeto frio para um quente sem fazer nenhum trabalho. Não podemos desmisturar o creme do café sem um processo químico que altere as características físicas do sistema ou de seu ambiente. Não podemos usar a energia interna armazenada no ar para impulsionar um carro sem perturbar algo ao redor desse objeto.
    • 4.2: Processos reversíveis e irreversíveis
      Um processo reversível é um processo no qual o sistema e o ambiente podem ser restaurados exatamente nos mesmos estados iniciais em que estavam antes da ocorrência do processo, se retrocedermos ao longo do caminho do processo. Um processo irreversível é o que encontramos na realidade quase o tempo todo. O sistema e seu ambiente não podem ser restaurados ao seu estado original ao mesmo tempo.
    • 4.3: Motores térmicos
      Um motor térmico é um dispositivo usado para extrair calor de uma fonte e depois convertê-lo em trabalho mecânico usado para todos os tipos de aplicações. Por exemplo, uma máquina a vapor em um trem antigo pode produzir o trabalho necessário para dirigir o trem. Várias questões emergem da construção e aplicação de motores térmicos. Por exemplo, qual é a porcentagem máxima do calor extraído que pode ser usada para fazer o trabalho?
    • 4.4: Refrigeradores e bombas de calor
      Os ciclos que usamos para descrever o motor na seção anterior são todos reversíveis, então cada sequência de etapas pode ser executada com a mesma facilidade na direção oposta. Nesse caso, o motor é conhecido como refrigerador ou bomba de calor, dependendo do foco: o calor retirado do reservatório frio ou o calor despejado no reservatório quente. Um refrigerador ou uma bomba de calor é um motor funcionando em sentido inverso.
    • 4.5: Declarações da Segunda Lei da Termodinâmica
      A segunda lei da termodinâmica pode ser declarada de várias maneiras diferentes, e pode-se demonstrar que todas elas implicam as outras. Em termos de motores térmicos, a segunda lei da termodinâmica pode ser declarada da seguinte forma: É impossível converter o calor de uma única fonte em trabalho sem nenhum outro efeito.
    • 4.6: O ciclo de Carnot
      O ciclo Carnot é o motor mais eficiente para um ciclo reversível projetado entre dois reservatórios. O princípio de Carnot é outra forma de estabelecer a segunda lei da termodinâmica.
    • 4.7: Entropia
      A segunda lei da termodinâmica é melhor expressa em termos de uma mudança na variável termodinâmica conhecida como entropia, que é representada pelo símbolo S. A entropia, como a energia interna, é uma função de estado. Isso significa que quando um sistema faz uma transição de um estado para outro, a mudança na entropia ΔS é independente do caminho e depende apenas das variáveis termodinâmicas dos dois estados.
    • 4.8: Entropia em escala microscópica
      A entropia pode estar relacionada ao quão desordenado ou aleatório é um sistema — quanto mais ele é desordenado, maior é sua entropia.
    • 4.A: A Segunda Lei da Termodinâmica (Resposta)
    • 4.E: A Segunda Lei da Termodinâmica (Exercício)
    • 4.S: A Segunda Lei da Termodinâmica (Resumo)

    Miniatura: O trabalho realizado no gás em um ciclo da geladeira Carnot.