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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.

>Modelo

ID:(1337, 0)

Definição

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.

ID:(15249, 0)

Imagem

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)

Nota

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)

Citar

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:

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

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Exercício

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 ( ERROR:8737) 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)

Equação

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:

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:

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)

Script

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.

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)

Variable

ID:(15308, 0)

Descrição

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.

Variáveis

$\delta Q$

dQ

Diferencial de calor impreciso

J

$\delta W$

dW

Diferencial de trabalho impreciso

J

$p$

p

Pressão

Pa

$T$

T

Temperatura absoluta

K

$dU$

dU

Variação da energia interna

J

$dS$

dS

Variação de entropia

J/K

$\Delta V$

DV

Variação de volume

m^3

Cálculos

• Método alternativo
• Método tradicional
• Estratégia
• 2D
• 3D

Equação

Equação

Primeiro, selecione a equação:   para ,  depois, selecione a variável:   para 

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Símbolo

Equação

Resolvido

Traduzido

Cálculos

Símbolo

Equação

Resolvido

Traduzido

 Variáve   Dado   Calcular   Objetivo :   Equação   A ser usado

Equações

Exemplos

Calor e entropia

A primeira lei da termodin mica afirma que a energia conservada e, em particular, existem duas maneiras de modificar a energia interna do sistema, conhecida como la energia interna ($U$). Isso pode ser alcan ado 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 convers o de la energia interna ($U$) e o trabalho eficaz ($W$). Nesse sentido, estabelece que n o poss vel que toda a energia o diferencial de energia interna ($dU$) seja completamente convertida em trabalho til 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, imposs vel converter energia interna em trabalho mec nico sem experimentar uma perda na forma de calor (o diferencial de calor impreciso ($\delta Q$)).

Uma segunda consequ ncia da segunda lei que se torna necess rio introduzir uma nova vari vel, que desempenha o papel de o volume ($V$) para o trabalho eficaz ($W$), levando em considera o que o conteúdo calórico ($Q$) desempenha o papel de receptor de energia n o utilizada para a cria o de trabalho. Essa nova vari vel chamada de la entropia ($S$), e a terceira lei exige que sua varia o ( ERROR:8737) seja sempre positiva ou nula, mas nunca negativa.

Em um sistema, um subsistema pode experimentar uma diminui o 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.

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