Thermodynamics is the branch of science concerned with heat and temperature and their relation to energy and work. It states that the behavior of these quantities is governed by the four laws of thermodynamics, irrespective of the composition or specific properties of the material or system in question. Thermodynamics applies to a wide variety of topics in science and engineering, especially physical chemistry, chemical engineering, and mechanical engineering.
A primeira lei da termodinâmica é dada como\(\Delta U = Q - W\), onde\(\Delta U\) está a mudança na energia interna de um sistema,\(Q\) é a transferência líquida de calor (a soma de todas as transferências de calor para dentro e para fora do sistema) e\(W\) é o trabalho em rede realizado (a soma de todo o trabalho realizado no ou pelo sistema). Ambos\(Q\) e\(W\) são energia em trânsito;\(\Delta U\) representam apenas uma quantidade independente capaz de ser armazenada. A energia interna\(U\) de um sistema depende somente do estado do sistema
Uma das coisas mais importantes que podemos fazer com a transferência de calor é usá-la para trabalhar para nós. Esse dispositivo é chamado de motor térmico. Motores de automóveis e turbinas a vapor que geram eletricidade são exemplos de motores térmicos.
As duas expressões da segunda lei da termodinâmica são: (i) A transferência de calor ocorre espontaneamente de corpos de temperatura mais alta para baixa, mas nunca espontaneamente na direção inversa; e (ii) É impossível em qualquer sistema que a transferência de calor de um reservatório se converta completamente para funcionar de forma cíclica processo no qual o sistema retorna ao seu estado inicial. Os processos irreversíveis dependem do caminho e não retornam ao seu estado original. Processos cíclicos são processos que retornam ao
Um motor Carnot operando entre duas temperaturas determinadas tem a maior eficiência possível de qualquer motor térmico operando entre essas duas temperaturas. Além disso, todos os motores que empregam apenas processos reversíveis têm essa mesma eficiência máxima ao operar entre as mesmas temperaturas fornecidas. A segunda lei da termodinâmica pode ser reafirmada em termos do ciclo de Carnot, então o que Carnot realmente descobriu foi essa lei fundamental.
Um artefato da segunda lei da termodinâmica é a capacidade de aquecer um espaço interior usando uma bomba de calor. As bombas de calor comprimem o ar ambiente frio e, ao fazê-lo, aquecem até a temperatura ambiente sem violar os princípios de conservação. Para calcular o coeficiente de desempenho da bomba de calor, use a equação\(COP_{hp} = \dfrac{Q_h}{W}\). Um refrigerador é uma bomba de calor; ele pega o ar ambiente quente e o expande para resfriá-lo.
O transtorno é muito mais provável do que a ordem, o que pode ser visto estatisticamente. A entropia de um sistema em um determinado estado (um macroestado) pode ser escrita como\(s = KLNw,\) onde\(k = 1.38 \times 10^{-23} \space J/K\) está a constante de Boltzmann e\(lnW\) é o logaritmo natural do número de microestados\(W\) correspondentes ao macroestado dado.
Miniatura: O motor a vapor e os motores a gás e a óleo. Por John Perry. 1899. Este arquivo está em domínio público porque seus direitos autorais expiraram nos Estados Unidos.
