Av3 - MODELAGEM E SIMULAÇÃO DO MUNDO FÍSICO-QUÍMICO

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Av3 - MODELAGEM E SIMULAÇÃO DO MUNDO FÍSICO-QUÍMICO
TEXTO 1
“No século XVIII o homem descobriu como obter trabalho a partir de um fluxo de calor. A máquina a vapor foi inventada; queimava-se carvão e madeira, e o calor liberado pela queima transformava água em vapor, que então produzia trabalho. A máquina a vapor bombeava água das minas, motorizava os trens, tocava as fábricas, movimentava navios, transportava cargas… enfim, o necessário para o mundo industrial moderno. Hoje estamos nos primeiros estágios da Revolução da Informação e lutamos com nossos computadores pessoais, fax e por aí vai… Naquela época lutava-se da mesma forma para domar o calor e transformá-lo em trabalho e, desse modo, estabeleceram-se os fundamentos necessários para a Revolução Industrial do século XIX”.
LEVENSPIEL, O. Termodinâmica amistosa para engenheiros. São Paulo: Edgar Blücher, 2002. p. 190.
 
TEXTO 2
“O primeiro princípio da termodinâmica teve sua origem no estudo das máquinas térmicas, mas logo se reconheceu que possui aplicabilidade geral, seja em sistemas químicos usuais seja em máquinas ou processos ou, mesmo, seres vivos. Qualquer sistema deve obedecer às restrições impostas pelo primeiro princípio da termodinâmica, o qual diz respeito à conservação de energia. A energia em um sistema pode ser interconvertida de uma forma para outra, mas a quantidade total de energia do universo, isto é, sistema mais meio externo, conserva-se. Se considerarmos sistemas isolados, a energia do sistema irá se conservar, uma vez que, não havendo troca energética, não pode haver variação na energia do meio externo ou sistema”. 
NETZ, P. A.; ORTEGA, G. G. Fundamentos de físico-química: uma abordagem conceitual para as ciências farmacêuticas. Porto Alegre: Artmed, 2002. p. 44.
 
TEXTO 3
“A segunda lei da termodinâmica diz respeito aos critérios de espontaneidade e de irreversibilidade das transformações naturais, ou seja, quais os critérios que nos permitem dizer se uma dada transformação vai ocorrer ou não. A segunda lei diz-nos, essencialmente, que trabalho e calor não possuem a mesma natureza, embora ambos sejam formas (manifestações) de energia. Calor é, por assim dizer, uma forma de energia “degradada” e espontaneidade dos processos está ligada a essa degradação, ou seja, à tendência que tanto matéria quanto energia têm de se dispersarem caoticamente. A degradação, a dispersão e o caos cumprem um papel fundamental no segundo princípio”.
NETZ, P. A.; ORTEGA, G. G. Fundamentos de físico-química: uma abordagem conceitual para as ciências farmacêuticas. Porto Alegre: Artmed, 2002. p. 63.
TEXTO 4
Os princípios da termodinâmica são utilizados na engenharia, juntamente com outras áreas do conhecimento, como a mecânica dos fluidos e a transferência de calor e massa, para a análise e projeto de sistemas que atendam a diversas necessidades humanas. A termodinâmica na engenharia, ao longo do século XX, auxiliou na abertura de caminho para melhorias significativas na qualidade de vida e no avanço em diversas áreas, como geração e transmissão de energia elétrica, transportes, sistemas de aquecimento, refrigeração etc. O grande desafio para o século XXI é criar tecnologias para um futuro sustentável, e a termodinâmica continuará tendo um papel preponderante, principalmente nas questões energéticas, devido ao grande aumento de demanda e ao declínio das fontes tradicionais de energia, especialmente os combustíveis fósseis. 
  MORAN, M. J. et al. Princípios de termodinâmica para a engenharia. 7. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2015.
Defina a relação entre calor e trabalho presentes nos princípios de termodinâmica estudados ao longo do curso e, em seguida, discuta sobre a possibilidade da construção de uma máquina térmica ideal, por que este tipo de máquina não é possível de ser produzida e quais seriam os principais empecilhos para a construção de tal máquina?
Resposta
Relação entre Calor e Trabalho na Termodinâmica:
A termodinâmica, conforme estudada ao longo do curso de engenharia, estabelece uma relação crucial entre calor e trabalho. No contexto dos princípios termodinâmicos, a máquina a vapor do século XVIII exemplifica essa relação. Nessa máquina, o calor gerado pela queima de carvão e madeira era convertido em trabalho, impulsionando a Revolução Industrial. Essa transformação de energia, onde o calor é convertido em trabalho, é essencial para o entendimento dos processos termodinâmicos.
Máquina Térmica Ideal e Impossibilidade Prática:
A construção de uma máquina térmica ideal é baseada nos princípios da termodinâmica, especificamente no ciclo termodinâmico reversível. No entanto, a realização prática de uma máquina térmica ideal é impossível devido a diversos fatores.
Principais Empecilhos para uma Máquina Térmica Ideal:
Irreversibilidades: Processos termodinâmicos irreversíveis ocorrem na prática, resultando em perdas de eficiência. As irreversibilidades, como atrito e dissipação de calor, impedem a criação de um ciclo termodinâmico totalmente reversível.
Segunda Lei da Termodinâmica: A segunda lei da termodinâmica estabelece que nenhum processo pode ter eficiência de 100%. Sempre haverá uma degradação de energia, tornando impossível a construção de uma máquina térmica ideal.
Natureza do Calor: O calor, de acordo com a segunda lei, é uma forma de energia "degradada". Isso implica que parte da energia térmica não pode ser totalmente convertida em trabalho útil, limitando a eficiência da máquina.
Entropia: A tendência natural dos sistemas para a dispersão caótica de energia, expressa pela entropia, contribui para a irreversibilidade dos processos termodinâmicos, dificultando a construção de uma máquina térmica ideal.
Desafios para o Século XXI na Engenharia Termodinâmica:
A aplicação prática dos princípios termodinâmicos na engenharia enfrenta desafios significativos. No século XXI, a busca por tecnologias sustentáveis e o declínio das fontes tradicionais de energia intensificam a necessidade de eficiência energética. A termodinâmica continua a desempenhar um papel central, mas superar os desafios da irreversibilidade e das limitações impostas pela segunda lei permanece crítico para o avanço tecnológico sustentável.