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Leis da termodinâmica
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Existem três leis fundamentais da termodinâmica:
A primeira lei da termodinâmica estabelece a conservação da energia, afirmando que a energia interna de um sistema é a soma do calor adicionado ao sistema menos o trabalho realizado pelo sistema.
A segunda lei da termodinâmica determina que em um sistema isolado, o sistema evolui para um estado de equilíbrio termodinâmico onde a entropia atinge seu valor máximo.
A terceira lei da termodinâmica afirma que à medida que a temperatura se aproxima do zero absoluto, a entropia do sistema tende para um valor constante, que geralmente é zero.
ID:(1337, 0)
Mecanismos
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As leis da termodinâmica são princípios fundamentais que descrevem como a energia é transferida e transformada nos sistemas físicos.
A primeira lei, ou lei da conservação da energia, afirma que a energia não pode ser criada nem destruída; ela só pode ser transferida ou convertida de uma forma para outra. Isso significa que a energia total de um sistema isolado permanece constante.
A segunda lei estabelece que em qualquer processo natural, a entropia total de um sistema isolado nunca pode diminuir com o tempo; ela só pode permanecer constante ou aumentar. Este princípio explica por que certos processos são irreversíveis e por que a energia tende a se dispersar, levando a um maior desordem no sistema.
A terceira lei afirma que, à medida que um sistema se aproxima do zero absoluto, a entropia do sistema se aproxima de um valor mínimo. Para uma substância perfeitamente cristalina no zero absoluto, a entropia é zero. Esta lei implica que o zero absoluto não pode ser alcançado através de um número finito de processos e estabelece um ponto de referência para a determinação da entropia.
Juntas, essas leis descrevem a conservação e dispersão da energia, a direção dos processos espontâneos e as limitações para alcançar o zero absoluto, proporcionando um quadro abrangente para entender os sistemas termodinâmicos.
Mecanismos
ID:(15249, 0)
Lei zero da termodinâmica
Descrição
Existe uma lei zero da termodinâmica que estabelece a existência de uma propriedade transitiva, no sentido de que:
• Se os sistemas A e B têm a mesma temperatura
• Se os sistemas A e C têm a mesma temperatura
então necessariamente os sistemas B e C terão a mesma temperatura.
ID:(10271, 0)
Conservação de energia
Conceito
A primeira lei da termodinâmica estabelece que a energia é sempre conservada.
Enquanto na mecânica existe uma conservação similar, restrita a sistemas não dissipativos (por exemplo, excluindo o atrito), na termodinâmica essa lei é generalizada, considerando não apenas o trabalho mecânico, mas também o calor gerado ou absorvido pelo sistema.
Nesse sentido, a conservação de energia postulada na termodinâmica não possui restrições e é aplicável a todos os sistemas, desde que sejam consideradas todas as trocas e conversões de energia possíveis.
ID:(37, 0)
Primeira lei da termodinâmica
Conceito
A primeira lei da termodinâmica foi desenvolvida através de vários trabalhos [1,2], estabelecendo que a energia se conserva. Isso significa que o diferencial de energia interna ($dU$) é sempre igual a o diferencial de calor impreciso ($\delta Q$) fornecida ao sistema (positivo) menos o diferencial de trabalho impreciso ($\delta W$) realizada pelo sistema (negativo).
Portanto, temos:
| $ dU = \delta Q - \delta W $ |
Enquanto o diferencial exato não depende de como a variação é executada, o diferencial inexato depende. Quando nos referimos a um diferencial sem especificar que é inexato, assume-se que é exato.
[1] "Über die quantitative und qualitative Bestimmung der Kräfte" (Sobre a Determinação Quantitativa e Qualitativa das Forças), Julius Robert von Mayer, Annalen der Chemie und Pharmacie, 1842
[2] "Über die Erhaltung der Kraft" (Sobre a Conservação da Força), Hermann von Helmholtz, 1847
ID:(15700, 0)
Calor e entropia
Conceito
A primeira lei da termodinâmica afirma que a energia é conservada e, em particular, existem duas maneiras de modificar a energia interna do sistema, conhecida como la energia interna ($U$). Isso pode ser alcançado seja adicionando ou removendo o conteúdo calórico ($Q$) e realizando trabalho no sistema ou permitindo que o sistema realize trabalho, representado por o trabalho eficaz ($W$).
A segunda lei restringe esses processos, limitando a conversão de la energia interna ($U$) e o trabalho eficaz ($W$). Nesse sentido, estabelece que não é possível que toda a energia o diferencial de energia interna ($dU$) seja completamente convertida em trabalho útil o diferencial de trabalho impreciso ($\delta W$), o que significa que o diferencial de calor impreciso ($\delta Q$) nunca pode ser nulo. Em outras palavras, é impossível converter energia interna em trabalho mecânico sem experimentar uma perda na forma de calor (o diferencial de calor impreciso ($\delta Q$)).
Uma segunda consequência da segunda lei é que se torna necessário introduzir uma nova variável, que desempenha o papel de o volume ($V$) para o trabalho eficaz ($W$), levando em consideração que o conteúdo calórico ($Q$) desempenha o papel de receptor de energia não utilizada para a criação de trabalho. Essa nova variável é chamada de la entropia ($S$), e a terceira lei exige que sua variação ( ($$)) seja sempre positiva ou nula, mas nunca negativa.
Em um sistema, um subsistema pode experimentar uma diminuição na entropia ($\Delta S_{sub}<0$), mas todo o sistema deve manter a entropia constante ou experimentar um aumento na entropia ($\Delta S_{total}\geq 0$), de acordo com a terceira lei.
ID:(11129, 0)
Segunda lei da termodinâmica
Conceito
A segunda lei da termodinâmica é formulada a partir de várias publicações [1,2], estabelecendo que não é possível converter completamente a energia em trabalho útil. A diferença entre essas quantidades está relacionada à energia não aproveitável o diferencial de calor impreciso ($\delta Q$), que corresponde ao calor gerado ou absorvido no processo la temperatura absoluta ($T$).
No caso de o diferencial de trabalho impreciso ($\delta W$), existe uma relação entre a variável intensiva la pressão ($p$) e a variável extensiva o volume ($V$), expressa da seguinte maneira:
| $ \delta W = p dV $ |
Uma variável intensiva é caracterizada por definir o estado do sistema sem depender do seu tamanho. Nesse sentido, la pressão ($p$) é uma variável intensiva, pois descreve o estado de um sistema independentemente do seu tamanho. Por outro lado, uma variável extensiva, como o volume ($V$), aumenta com o tamanho do sistema.
No caso de o diferencial de calor impreciso ($\delta Q$), é necessária uma variável extensiva adicional que complemente a variável intensiva la temperatura absoluta ($T$) para definir a relação como segue:
| $ \delta Q = T dS $ |
Essa nova variável, que chamaremos de la entropia ($S$), é apresentada aqui na sua forma diferencial (la variação de entropia ($dS$)) e modela o efeito de que nem toda a energia o diferencial de energia interna ($dU$) pode ser completamente convertida em trabalho útil o diferencial de trabalho impreciso ($\delta W$).
[1] "Über die bewegende Kraft der Wärme und die Gesetze, welche sich daraus für die Wärmelehre selbst ableiten lassen" (Sobre a força motriz do calor e as leis que dela podem ser derivadas para a própria teoria do calor), Rudolf Clausius, Annalen der Physik, 1850
[2] "On the Dynamical Theory of Heat" (Sobre a teoria dinâmica do calor), William Thomson (Lord Kelvin), Transactions of the Royal Society of Edinburgh, 1851
ID:(15702, 0)
Terceira lei da termodinâmica
Descrição
A terceira lei da termodinâmica [1] estabelece que, à medida que a la temperatura absoluta ($T$) de um sistema se aproxima do zero absoluto, a la entropia no limite de temperatura zero ($S$) de uma substância cristalina perfeita se aproxima de um valor mínimo, tipicamente zero. Isso implica que é impossível alcançar o zero absoluto através de um número finito de processos porque a entropia se tornaria constante. Essencialmente, a terceira lei estabelece que a entropia de um cristal perfeito no zero absoluto é zero e destaca a inatingibilidade do zero absoluto devido à quantidade infinita de energia necessária para sua remoção.
| $\lim_{T\rightarrow 0}S=0$ |
Esta lei tem implicações significativas para compreender o comportamento dos materiais a temperaturas muito baixas e fornece um ponto de referência fundamental para calcular os valores de entropia.
[1] "Über die Berechnung chemischer Gleichgewichte aus thermischen Messungen" (Sobre o cálculo dos equilíbrios químicos a partir de medições térmicas), Walther Nernst, Nachrichten von der Gesellschaft der Wissenschaften zu Göttingen, Mathematisch-Physikalische Klasse, 1906
ID:(11130, 0)
Modelo
Top
Parâmetros
Variáveis
Cálculos
para 
, depois, selecione a variável: 
para 
Cálculos
Cálculos
Variáve 
Dado Calcular 
Objetivo : Equação A ser usado 
Equações
$ \delta Q = T dS $
dQ = T * dS
$ dU = \delta Q - \delta W $
dU = dQ - dW
$ dU = \delta Q - p dV $
dU = dQ - p * dV
$ dU = T dS - p dV $
dU = T * dS - p * dV
$ \delta W = p dV $
dW = p * dV
$\lim_{T\rightarrow 0}S=0$
S_T>0=0
ID:(15308, 0)
Primeira lei da termodinâmica
Equação
O diferencial de energia interna ($dU$) é sempre igual à quantidade de o diferencial de calor impreciso ($\delta Q$) fornecida ao sistema (positiva) menos a quantidade de o diferencial de trabalho impreciso ($\delta W$) realizada pelo sistema (negativa):
| $ dU = \delta Q - \delta W $ |
ID:(9632, 0)
Pressão e trabalho
Equação
O diferencial de trabalho impreciso ($\delta W$) é igual a la pressão ($p$) multiplicado por la variação de volume ($dV$):
| $ \delta W = p dV $ |
Uma vez que la força mecânica ($F$) dividido por la seção ($S$) é igual a la pressão ($p$):
| $ p \equiv\displaystyle\frac{ F }{ S }$ |
e la variação de volume ($dV$) com o distância percorrida ($dx$) é igual a:
| $ \Delta V = S \Delta s $ |
A equação para o diferencial de trabalho impreciso ($\delta W$) pode ser expressa como:
| $ \delta W = F dx $ |
Portanto, ela pode ser escrita como:
| $ \delta W = p dV $ |
ID:(3468, 0)
Primeira lei da termodinâmica e pressão
Equação
Com a primeira lei da termodinâmica, pode ser expressa em termos de o diferencial de energia interna ($dU$), o diferencial de calor impreciso ($\delta Q$), la pressão ($p$) e la variação de volume ($dV$) como:
| $ dU = \delta Q - p dV $ |
Uma vez que o diferencial de energia interna ($dU$) está relacionado com o diferencial de calor impreciso ($\delta Q$) e o diferencial de trabalho impreciso ($\delta W$) da seguinte forma:
| $ dU = \delta Q - \delta W $ |
E é sabido que o diferencial de trabalho impreciso ($\delta W$) está relacionado com la pressão ($p$) e la variação de volume ($dV$) como segue:
| $ \delta W = p dV $ |
Portanto, podemos concluir que:
| $ dU = \delta Q - p dV $ |
ID:(3470, 0)
Segunda lei da termodinâmica
Equação
O diferencial de calor impreciso ($\delta Q$) é igual a la temperatura absoluta ($T$) vezes la variação de entropia ($dS$):
| $ \delta Q = T dS $ |
ID:(9639, 0)
Energia Interna: razão diferencial
Equação
A dependência de o diferencial de energia interna ($dU$) de la pressão ($p$) e la variação de volume ($dV$), além de la temperatura absoluta ($T$) e la variação de entropia ($dS$) , É dado por:
| $ dU = T dS - p dV $ |
Uma vez que o diferencial de energia interna ($dU$) depende de o diferencial de calor impreciso ($\delta Q$), la pressão ($p$), e la variação de volume ($dV$) de acordo com a equação:
| $ dU = \delta Q - p dV $ |
e a expressão da segunda lei da termodinâmica com la temperatura absoluta ($T$) e la variação de entropia ($dS$) como:
| $ \delta Q = T dS $ |
podemos concluir que:
| $ dU = T dS - p dV $ |
.
ID:(3471, 0)
Terceira lei da termodinâmica
Equação
A terceira lei da termodinâmica estabelece que, quando um sistema é levado ao zero absoluto de temperatura, sua entropia se aproxima de zero. Isso pode ser expresso da seguinte forma:
| $\lim_{T\rightarrow 0}S=0$ |
ID:(10270, 0)