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Segunda lei da termodinâmica
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A segunda lei da termodinâmica afirma que em qualquer processo de conversão de energia, parte da energia será sempre perdida na forma de calor residual, sendo impossível converter completamente calor em trabalho útil sem perdas. A porção de calor que não pode ser convertida em trabalho é liberada como calor residual. Esse calor residual aumenta a entropia (uma medida da desordem) do sistema e do seu entorno, contribuindo para o aumento geral da entropia.
ID:(1399, 0)
Mecanismos
Definição
A segunda lei da termodinâmica afirma que, em qualquer processo natural, a entropia total de um sistema isolado nunca pode diminuir; ela só pode permanecer constante ou aumentar. A entropia é uma medida da desordem ou aleatoriedade, e a segunda lei implica que os processos naturais tendem a se mover em direção a um estado de máxima entropia ou desordem. Esta lei explica por que certos processos são irreversíveis e por que a energia tende a se espalhar ou dispersar. Também fundamenta o conceito da flecha do tempo, dando uma direção ao fluxo do tempo com base na progressão para uma maior desordem. Em termos práticos, a segunda lei dita que nenhuma máquina térmica pode ser perfeitamente eficiente, pois sempre haverá uma perda de energia na forma de calor residual, e estabelece os limites fundamentais sobre a eficiência da conversão de energia e o funcionamento de motores térmicos, refrigeradores e outros sistemas.
ID:(15251, 0)
Calor e entropia
Imagem
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)
Segunda lei da termodinâmica
Nota
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)
Primeira lei da termodinâmica e pressão
Citar
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 ($\Delta V$) como segue:
| $ \delta W = p dV $ |
Portanto, podemos concluir que:
| $ dU = \delta Q - p dV $ |
ID:(15701, 0)
Energia interna: razão diferencial
Exercício
Dado que la energia interna ($U$) depende de la entropia ($S$) e o volume ($V$), o diferencial de energia interna ($dU$) pode ser calculado da seguinte maneira:
$dU = \left(\displaystyle\frac{\partial U}{\partial S}\right)_V dS + \left(\displaystyle\frac{\partial U}{\partial V}\right)_S dV$
Para simplificar a notação desta expressão, introduzimos a derivada de la energia interna ($U$) em relação a la entropia ($S$) mantendo o volume ($V$) constante como:
$DU_{S,V} \equiv \left(\displaystyle\frac{\partial U}{\partial S}\right)_V$
e a derivada de la energia interna ($U$) em relação a o volume ($V$) mantendo la entropia ($S$) constante como:
$DU_{V,S} \equiv \left(\displaystyle\frac{\partial U}{\partial V}\right)_S$
portanto, podemos escrever:
| $ dU = DU_{S,V} dS + DU_{V,S} dV $ |
ID:(15703, 0)
Segunda lei da termodinâmica
Storyboard
A segunda lei da termodinâmica afirma que em qualquer processo de conversão de energia, parte da energia será sempre perdida na forma de calor residual, sendo impossível converter completamente calor em trabalho útil sem perdas. A porção de calor que não pode ser convertida em trabalho é liberada como calor residual. Esse calor residual aumenta a entropia (uma medida da desordem) do sistema e do seu entorno, contribuindo para o aumento geral da entropia.
Variáveis
Cálculos
para 
,
depois, selecione a variável: 
para 
Cálculos
Variáve
Dado
Calcular
Objetivo :
Equação
A ser usado
Equações
Uma vez que o diferencial de energia interna ($dU$) est relacionado com o diferencial de calor impreciso ($\delta Q$) e o diferencial de trabalho impreciso ($\delta W$) da seguinte forma:
E sabido que o diferencial de trabalho impreciso ($\delta W$) est relacionado com la pressão ($p$) e la variação de volume ($\Delta V$) como segue:
Portanto, podemos concluir que:
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 ($\Delta V$) de acordo com a equa o:
e a express o da segunda lei da termodin mica com la temperatura absoluta ($T$) e la variação de entropia ($dS$) como:
podemos concluir que:
Exemplos
A segunda lei da termodin mica afirma que, em qualquer processo natural, a entropia total de um sistema isolado nunca pode diminuir; ela s pode permanecer constante ou aumentar. A entropia uma medida da desordem ou aleatoriedade, e a segunda lei implica que os processos naturais tendem a se mover em dire o a um estado de m xima entropia ou desordem. Esta lei explica por que certos processos s o irrevers veis e por que a energia tende a se espalhar ou dispersar. Tamb m fundamenta o conceito da flecha do tempo, dando uma dire o ao fluxo do tempo com base na progress o para uma maior desordem. Em termos pr ticos, a segunda lei dita que nenhuma m quina t rmica pode ser perfeitamente eficiente, pois sempre haver uma perda de energia na forma de calor residual, e estabelece os limites fundamentais sobre a efici ncia da convers o de energia e o funcionamento de motores t rmicos, refrigeradores e outros sistemas.
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.
A segunda lei da termodin mica formulada a partir de v rias publica es [1,2], estabelecendo que n o poss vel converter completamente a energia em trabalho til. A diferen a entre essas quantidades est relacionada energia n o aproveit vel 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 rela o entre a vari vel intensiva la pressão ($p$) e a vari vel extensiva o volume ($V$), expressa da seguinte maneira:
Uma vari vel intensiva caracterizada por definir o estado do sistema sem depender do seu tamanho. Nesse sentido, la pressão ($p$) uma vari vel intensiva, pois descreve o estado de um sistema independentemente do seu tamanho. Por outro lado, uma vari vel extensiva, como o volume ($V$), aumenta com o tamanho do sistema.
No caso de o diferencial de calor impreciso ($\delta Q$), necess ria uma vari vel extensiva adicional que complemente a vari vel intensiva la temperatura absoluta ($T$) para definir a rela o como segue:
Essa nova vari vel, que chamaremos de la entropia ($S$), 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 til o diferencial de trabalho impreciso ($\delta W$).
[1] " ber die bewegende Kraft der W rme und die Gesetze, welche sich daraus f r die W rmelehre selbst ableiten lassen" (Sobre a for a motriz do calor e as leis que dela podem ser derivadas para a pr pria teoria do calor), Rudolf Clausius, Annalen der Physik, 1850
[2] "On the Dynamical Theory of Heat" (Sobre a teoria din mica do calor), William Thomson (Lord Kelvin), Transactions of the Royal Society of Edinburgh, 1851
Uma vez que o diferencial de energia interna ($dU$) est relacionado com o diferencial de calor impreciso ($\delta Q$) e o diferencial de trabalho impreciso ($\delta W$) da seguinte forma:
E sabido que o diferencial de trabalho impreciso ($\delta W$) est relacionado com la pressão ($p$) e la variação de volume ($\Delta V$) como segue:
Portanto, podemos concluir que:
Dado que la energia interna ($U$) depende de la entropia ($S$) e o volume ($V$), o diferencial de energia interna ($dU$) pode ser calculado da seguinte maneira:
$dU = \left(\displaystyle\frac{\partial U}{\partial S}\right)_V dS + \left(\displaystyle\frac{\partial U}{\partial V}\right)_S dV$
Para simplificar a nota o desta express o, introduzimos a derivada de la energia interna ($U$) em rela o a la entropia ($S$) mantendo o volume ($V$) constante como:
$DU_{S,V} \equiv \left(\displaystyle\frac{\partial U}{\partial S}\right)_V$
e a derivada de la energia interna ($U$) em rela o a o volume ($V$) mantendo la entropia ($S$) constante como:
$DU_{V,S} \equiv \left(\displaystyle\frac{\partial U}{\partial V}\right)_S$
portanto, podemos escrever:
O diferencial de calor impreciso ($\delta Q$) igual a la temperatura absoluta ($T$) vezes la variação de entropia ($dS$):
Com a primeira lei da termodin mica, 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 ($\Delta V$) como:
A depend ncia de o diferencial de energia interna ($dU$) de la pressão ($p$) e la variação de volume ($\Delta V$), al m de la temperatura absoluta ($T$) e la variação de entropia ($dS$) , dado por:
ID:(1399, 0)