Segunda Lei da Termodinâmica

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Segunda Lei da Termodinâmica
Professora Dr. Maria Clebiana da silva Peixoto
Equipe: Ana Rebeca 
 Dayane silva
 Fabiana batista
 Maria Aurilene
 Thalita ralinny
 
Conceito
A Segunda Lei da Termodinâmica trata da transferência de energia térmica. Isso quer dizer que ela indica as trocas de calor que têm tendência para igualar temperaturas diferentes (equilíbrio térmico), o que acontece de forma espontânea.
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Seus princípios são:
O calor é transferido de forma espontânea do corpo de maior temperatura para o de menor temperatura;
Todo processo tem perda porque seu rendimento sempre é inferior a 100%.
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 É expressa pela seguinte fórmula:
Onde,
η: rendimento
QA: calor fornecido por aquecimento
QB: calor não transformado em trabalho
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Segunda Lei da Termodinâmica
 Essa lei se estabeleceu a partir dos estudos de Sadi Carnot (1796-1832). Incentivado pela Revolução Industrial, o físico francês estudava a possibilidade de aumentar a eficiência das máquinas.
Analisando as máquinas térmicas, Carnot descobriu que elas eram mais eficientes quando havia transferência de calor da temperatura mais alta para a temperatura mais baixa. Isso acontece sempre nessa ordem, afinal a transferência de energia térmica é um processo irreversível.
Sadi Carnot (1796-1832).
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Isso quer dizer que o trabalho depende da transferência de energia térmica, lembrando que não é possível transformar todo calor em trabalho.
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 Foi com base nas ideias de Carnot, que Clausius e Kelvin basearam seus estudos sobre a Termodinâmica.
 A Segunda Lei da Termodinâmica está relacionada com o conceito de entropia. Ela completa a Primeira Lei da Termodinâmica, a qual se fundamenta no princípio da conservação de energia.
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Ciclo de Carnot
Para que a energia não esteja sempre a aumentar (imaginemos no caso de uma máquina), é preciso que em determinado momento ela volte ao seu estado inicial e reinicie o processo. O processo é, assim, cíclico.
Enquanto uma parte funciona em temperaturas mais elevadas, a outra parte funciona em temperaturas mais reduzidas. Isso é possível de acordo com a Segunda Lei da Termodinâmica.
O ciclo, em sentido horário, absorve calor. É o caso dos motores. O ciclo, em sentido anti-horário, perde calor. É o caso dos refrigeradores.
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Ciclo de Carnot
O ciclo seria composto de quatro processos, independente da substância:
Uma expansão isotérmica reversível. O sistema recebe uma quantidade de calor da fonte de aquecimento (L-M)
Uma expansão adiabática reversível. O sistema não troca calor com as fontes térmicas (M-N)
Uma compressão isotérmica reversível. O sistema cede calor para a fonte de resfriamento (N-O)
Uma compressão adiabática reversível. O sistema não troca calor com as fontes térmicas (O-L)
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Ciclo de Carnot
 (CEFET-PR) O 2° princípio da Termodinâmica pode ser enunciado da seguinte forma: “É impossível construir uma máquina térmica operando em ciclos, cujo único efeito seja retirar calor de uma fonte e convertê-lo integralmente em trabalho.”
Por extensão, esse princípio nos leva a concluir que:
a) sempre se pode construir máquinas térmicas cujo rendimento seja 100%;
b) qualquer máquina térmica necessita apenas de uma fonte quente;
c) calor e trabalho não são grandezas homogêneas;
d) qualquer máquina térmica retira calor de uma fonte quente e rejeita parte desse calor para uma fonte fria;
e) somente com uma fonte fria, mantida sempre a 0°C, seria possível a uma certa máquina térmica converter integralmente calor em trabalho.
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Alternativa d: qualquer máquina térmica retira calor de uma fonte quente e rejeita parte desse calor para uma fonte fria;
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Numa máquina de Carnot, a quantidade de calor que é fornecida pela fonte de aquecimento e a quantidade cedida à fonte de resfriamento são proporcionais às suas temperaturas absolutas, assim: 
Assim, o rendimento de uma máquina de Carnot é: 
Logo: 
Sendo: 
T1= temperatura absoluta da fonte de aquecimento
T2=  temperatura absoluta da fonte de resfriamento
  e  
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Com isto se conclui que para que haja 100% de rendimento, todo o calor vindo da fonte de aquecimento deverá ser transformado em trabalho, pois a temperatura absoluta da fonte de resfriamento deverá ser 0K.
Partindo daí conclui-se que o zero absoluto não é possível para um sistema físico.
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Exemplo:
Qual o rendimento máximo teórico de uma máquina à vapor, cujo fluido entra a 560ºC e abandona o ciclo a 200ºC?
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ENTROPIA
Entropia é um conceito da termodinâmica que mede a desordem das partículas de um sistema físico.
A entropia é uma grandeza na termodinâmica, representada nas formulações da física pela letra S.
De acordo com a Lei da Termodinâmica, quanto maior for a desordem de um sistema, maior será a sua entropia.
As entropias são espontâneas, isso quer dizer que seguem princípios da natureza, sendo irreversíveis.
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Por exemplo, quando um copo com água cai no chão, o resultado da bagunça gerada é a entropia deste ato, no entanto, seria impossível fazer a água voltar para o copo, sendo impossível retroceder a entropia.
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ENTROPIA
Ao contexto das partículas, como sabemos, ao sofrem mudança de temperatura, os corpos alteram o estado de agitação de suas moléculas. Então ao considerarmos esta agitação como a desordem do sistema, podemos concluir que:
Quando um sistema recebe calor Q>0, sua entropia aumenta;
Quando um sistema cede calor Q<0, sua entropia diminui;
Se o sistema não troca calor Q=0, sua entropia permanece constante.
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ENTROPIA
Nos processos isotérmicos (cuja temperatura permanece sempre a mesma) reversíveis, definimos a entropia como sendo a razão entre o calor (cedido ou recebido) pela temperatura. Dessa forma, representamos a entropia nos processos isotérmicos da seguinte maneira:
No Sistema Internacional de Unidades, medimos a entropia em joule/ kelvin. Baseando-nos no conceito que descrevemos sobre entropia, podemos formular a Segunda Lei da seguinte maneira:
A variação de entropia de um sistema isolado é sempre positiva ou nula. A igualdade ΔS = 0 ocorre quando os processos são reversíveis: processos reversíveis não aumentam a entropia. Sistemas isolados, que não recebem nem cedem calor para o meio, só podem ter sua entropia aumentada ou mantida constante.
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ENTROPIA
Para o caso onde a temperatura absoluta se altera durante este processo, o cálculo da variação de entropia envolve cálculo integral, sendo que sua resolução é dada por:
Observando a natureza como um sistema, podemos dizer que o Universo está constantemente recebendo energia, mas não tem capacidade de cedê-la, concluindo então que a entropia do Universo está aumentando com o passar do tempo.
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ENTROPIA
Vale ressaltar que não é possível medir a entropia de um sistema químico ou físico, mas, sim, a variação da entropia de um sistema. Essa variação é calculada a partir da seguinte expressão matemática:
 
ΔS = variação da entropia;
Sp = entropia dos produtos;
Sr = entropia dos reagentes.
A unidade de medida utilizada para a variação da entropia é cal/K.mol.
ΔS = Sp - Sr
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ENTROPIA 
 Exemplo de determinação da variação da entropia de uma reação representada pela equação:
C2H2 + 2 H2 C2H6 apresenta: ΔSC2H2 = 48 cal/K.mol, ΔSH2 = 31,2 cal/K.mol e ΔSC2H6 = 54,8 cal/K.mol. Podemos calcular sua variação de entropia assim:
ΔS = (54,8) – [48 + 2.(31,2)]
ΔS = 54,8 – [48 + 62,4]
ΔS = 54,8 -110,4
ΔS = - 55,6 cal/K.mol
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ENTROPIA
Observe a transformação a seguir:
N2O(g) → N2(g) + 1/2O2(g) à 25°C
Sabe-se que as entropias de seus participantes são, respectivamente: 55 cal/K.mol , 45 cal/K.mol e 35 cal/K.mol. Podemos afirmar que a variação de entropia do sistema é:
a) 7,5 cal/K.mol
b) –7,25 cal/K.mol
c) 5,7 cal/K.mol
d) 7,2 cal/K.mol 
e) n.d.a.
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Dois enunciados, aparentemente diferentes ilustram a 2ª Lei da Termodinâmica, os enunciados de Clausius e Kelvin-Planck:
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Dentre as duas leis da termodinâmica, a segunda é a que tem maior aplicação na construção de máquinas e utilização na indústria, pois trata diretamente do rendimento das máquinas térmicas.
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Enunciado de Clausius: O calor não pode fluir, de forma espontânea, de um corpo de temperatura menor, para um outro corpo de temperatura mais alta. Tendo como consequência que o sentido natural do fluxo de calor é da temperatura mais alta para a mais baixa, e que para que o fluxo seja inverso é necessário que um agente externo realize um trabalho sobre este sistema.
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Enunciado de Kelvin-Planck: É impossível a construção de uma máquina que, operando em um ciclo termodinâmico, converta toda a quantidade de calor recebido em trabalho. Este enunciado implica que, não é possível que um dispositivo térmico tenha um rendimento de 100%, ou seja, por menor que seja, sempre há uma quantidade de calor que não se transforma em trabalho efetivo.
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Referências bibliográficas 
ATKINS, Peter W.; PAULA, Júlio de. Físico-Química, 8. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2010. vol. 1. 
Físico – Química. Disponível em http://manualdaquimica.uol.com.br/fisico-quimica/entropia.htm. Acesso em 15/10/17.
Entropia, Segunda Lei. Disponível em http://brasilescola.uol.com.br/fisica/entropia-segunda-lei.htm. Acesso em 15/10/17.
Entropia. Disponível em https://www.todamateria.com.br/entropia/. Acesso em 15/10/17.
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