Se a primeira Lei da Termodinâmica nada mais é
do que a lei da conservação da energia adaptada para os estudos
dos fluxos de calor, o estudo mais detalhado de suas aplicações
nos mostrou que, na prática, sempre existem perdas de energia num
sistema real, pois é impossível desprezar forças de atrito, perdas
de calor no revestimento das peças, entre outros fatores, que incluem
a própria natureza física do calor.
As máquinas térmicas, que funcionam segundo princípios da termodinâmica,
operam em ciclos, ou seja, retornam periodicamente ao estado inicial
para, em seguida, repetirem as operações que permitem extrair delas
o trabalho desejado, a partir da entrada de energia na forma de
calor.
Assim sendo, elas também estão sujeitas às perdas, o que significa
que apenas parte da energia fornecida na entrada do sistema térmico
efetivamente é aproveitada para gerar energia mecânica (movimento)
ou eletricidade.
Numa máquina a vapor, por exemplo, o equipamento retira calor (Q1)
de uma fonte quente para gerar o trabalho (W),
mas parte desse calor é perdido para uma fonte fria (no caso, o
condensador).
Essa situação ocorre também na geladeira: a fonte fria é o congelador
e a fonte quente é o meio ambiente. Já nos motores de combustão,
que usam o meio ambiente como fonte fria, parte do calor sai para
a água de refrigeração nos radiadores e pelos gases de escapamento.
Esse fato físico pode ser mensurado por uma grandeza denominada
rendimento (R).
2. RENDIMENTO TÉRMICO
Figura 1: Rendimento térmico.
O rendimento de uma máquina térmica pode ser escrito como:
R = W / Q1 (1)
As máquinas térmicas mais eficientes são aquelas que conseguem
transformar o máximo possível da quantidade de energia que recebem
em trabalho, minimizando as perdas de calor (Q2).
Esse rendimento é expresso na forma de porcentagem.
Dessa discussão, podemos concluir que, se tivéssemos uma máquina
que não rejeitasse calor (Q2), ela
teria rendimento de 100%. Mas isso não é possível, nem nas máquinas
projetadas pelo homem e nem em processos da natureza.
O processo de aquecimento de um corpo é um processo desordenado,
no qual a transferência de energia acontece por conta de inúmeros
choques entre moléculas. Então, transformar uma energia “desordenada”,
como o calor, num tipo de energia mais “ordenada”, como é o trabalho
mecânico, é um processo que envolve perdas naturais.
Por conta disso, Lorde
Kelvin enunciou assim a Segunda Lei da Termodinâmica:
“É impossível construir uma máquina térmica
que consiga transformar em trabalho todo o calor a ela fornecido.”