A3 TERMODINAMICA

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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?
Olá MARCUS.
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RESPOSTA : 
O trabalho é o movimento contra uma força oposta ao seu deslocamento, ou seja, o trabalho ocorre quando um objeto se movimenta a partir de uma força na direção contrária. Um exemplo de trabalho é um homem aplicando uma força empurrando uma caixa em uma distância, podemos também utilizar uma mola como exemplo para entender esse conceito, quando ela está em sua posição normal, o sistema não tem capacidade de realizar qualquer deslocamento. No entanto de esticarmos a mola, ou seja, se realizarmos uma força sobre ela no seu eixo, aumentaremos sua capacidade de realizar um trabalho e, assim, o objeto poderá se movimentar na direção contraria à direção da força, ou seja, comprimindo novamente. 
Ao afirmarmos que aumentamos a capacidade da mola de realizar um trabalho, também podemos dizer que aumentamos sua energia, além do trabalho a energia de um sistema também poderá ser alterada em decorrência da diferença de temperatura, tal como nosso exemplo do sistema aberto do copo de água com gelo. A vizinhança do copo estava mais quente que o sistema e, portanto, a energia foi transferida da região de temperatura mais alta para região de temperatura mais baixa, ou seja, da vizinhança do copo para água com gelo, essa energia transferida em razão da diferença de temperatura e chamada de calor. 
É importante destacar que não e correto afirmar que o calor oi transferido, e sim que sua energia térmica oi transferida. A energia térmica de um sistema está associada a totalização das energias cinéticas e potenciais dos movimentos intermoleculares. Por sua vez, o calor está associado ao movimento proveniente da diferença de temperatura, uma vez que as moléculas das regiões mais quentes se agitam mais que as moléculas de regiões mais frias, e, quando essas regiões se encontram, as moléculas mais agitadas excitam as moléculas menos agitadas.
Quando o sistema recebe calor de sua vizinhança, ou seja, ganha energia, o processo é denominado endotérmico e a transferência de calor e positiva, por exemplo o processo de derretimento de um cubo gelo ou o cozimento de um alimento são exemplos de situações cotidianas que necessitam de energia, por outro lado quando o sistema perde calor, por consequência transmite energia par sua vizinhança o processo e denominado exotérmico e a transferência de calor é negativa.
Uma máquina térmica simples funciona em um processo cíclico e tem como principio de funcionamento a transferência energética de calor e trabalho. Uma máquina térmica pode produzir trabalho a partir do fluxo de calor de um corpo quente, descartando o restante de calor para um corpo frio ou também pode operar no sentido inverso em que o objetivo e a de calor de um corpo frio para um corpo quente através de um trabalho externo.
Só há uma maneira de uma maquina térmica atingir sua eficiência máxima, quando nenhum calor for descartado para o reservatório frio, essa situação é hipotética em que se admite todo calor absorvido pelo fluido irá resultar em trabalho de eixo, mas, todos os estudos e experiencias provaram que não é possível e mesmo não alcançando a eficiência máxima, na termodinâmica há um modelo de máquina térmica em que a eficiência e a máxima possível, tal maquina e conhecida como maquina de Carnot.
A eficiência depende apenas da diferença de temperatura entre a fonte quente e a fonte fria, sendo independente do fluido de trabalho aplicado. Sendo assim, a eficiência máxima só será atingida nos casos em que a temperatura do corpo frio tende ao zero absoluto e a temperatura do corpo quente tende ao infinito, condições que não são alcançadas na realidade. Na literatura verificamos que para uma situação real a máquina de Carnot pode ter uma eficiência de 50% a 60%, ao passo que, em uma máquina térmica real, a eficiência dificilmente supera 40%. 
Referências: 
DIAS, Sarah Vitorino Estevam; COSTA, Gabriela da. Físico-química e termodinâmica. 1. ed. Curitiba: Intersaberes, 2020. E-book. Disponível em: https://plataforma.bvirtual.com.br