T E O R I A     (Referencial Físico Matemático)
Imprimir Imprimir

1. A SEGUNDA LEI DA TERMODINÂMICA

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.”