A Primeira Lei da Termodinâmica está relacionada à conservação de energia, enquanto a Segunda Lei da Termodinâmica argumenta que alguns dos processos termodinâmicos são inadmissíveis e não seguem inteiramente a Primeira Lei da Termodinâmica.
A palavra " termodinâmica " é derivada das palavras gregas, onde "Termo" significa calor e "dinâmica" significa poder. Portanto, a termodinâmica é o estudo da energia que existe em várias formas, como luz, calor, energia elétrica e química.
A termodinâmica é uma parte muito vital da física e seu campo relacionado, como química, ciência dos materiais, ciência ambiental, etc. Enquanto isso, 'lei' significa o sistema de regras. Portanto, as leis da termodinâmica lidam com uma das formas de energia que é o calor, e seu comportamento sob diferentes circunstâncias corresponde ao trabalho mecânico.
Embora saibamos que existem quatro leis da termodinâmica, começando pela lei zero, primeira lei, segunda lei e terceira lei. Mas as mais usadas são a primeira e a segunda leis, portanto, neste conteúdo, discutiremos e diferenciaremos a primeira e a segunda leis.
Gráfico de comparação
| Base para Comparação | Primeira Lei da Termodinâmica | Segunda Lei da Termodinâmica |
|---|---|---|
| Declaração | A energia não pode ser criada nem destruída. | A entropia (grau de desordem) de um sistema isolado nunca diminui, mas sempre aumenta. |
| Expressão | ΔE = Q + W, é usado para o cálculo do valor se qualquer uma das duas quantidades for conhecida. | ΔS = ΔS (sistema) + ΔS (circundante)> 0 |
| Expressão implica que | A mudança na energia interna de um sistema é igual à soma do fluxo de calor no sistema e ao trabalho realizado no sistema pelos arredores. | A mudança total na entropia é a soma da mudança na entropia do sistema e do entorno que aumentará para qualquer processo real e não poderá ser menor que 0. |
| Exemplo | 1. As lâmpadas elétricas, quando iluminadas, convertem energia elétrica em energia luminosa (energia radiante) e energia térmica (energia térmica). 2. As plantas convertem a luz solar (energia luminosa ou radiante) em energia química no processo de fotossíntese. | 1. As máquinas convertem a energia altamente útil, como os combustíveis, em energia menos útil, que não é igual à energia consumida ao iniciar o processo. 2. O aquecedor na sala usa a energia elétrica e libera calor para a sala, mas a sala em troca não pode fornecer a mesma energia para o aquecedor. |
Definição da Primeira Lei da Termodinâmica
A primeira lei da termodinâmica afirma que "a energia não pode ser criada nem destruída ", só pode ser transformada de um estado para outro. Isso também é conhecido como lei da conservação.
Existem muitos exemplos para explicar a afirmação acima, como uma lâmpada elétrica, que usa energia elétrica e se converte em energia luminosa e térmica.
Todos os tipos de máquinas e motores usam algum ou outro tipo de combustível para executar o trabalho e fornecer resultados diferentes. Até os organismos vivos comem alimentos que são digeridos e fornecem energia para realizar diferentes atividades.
ΔE = Q + W
Pode ser expressa pela equação simples como ΔE, que é a mudança na energia interna de um sistema que é igual à soma do calor (Q) que flui através dos limites do entorno e o trabalho é realizado (W) no sistema pelo entorno. Mas suponha que se o fluxo de calor estivesse fora do sistema, o 'Q' seria negativo; da mesma forma, se o trabalho foi realizado pelo sistema, o 'W' também seria negativo.
Portanto, podemos dizer que todo o processo se baseia em dois fatores, que são calor e trabalho, e uma ligeira mudança nesses resultará na mudança na energia interna de um sistema. Mas como todos sabemos que esse processo não é tão espontâneo e nem sempre é aplicável, como a energia nunca flui espontaneamente de uma temperatura mais baixa para uma temperatura mais alta.
Definição da Segunda Lei da Termodinâmica
Existem várias maneiras de expressar a segunda lei da termodinâmica, mas antes disso precisamos entender por que a segunda lei foi introduzida. Pensamos que, no processo real do dia-a-dia, a primeira lei da termodinâmica deve satisfazer, mas não é obrigatória.
Por exemplo, considere uma lâmpada elétrica em uma sala que cubra a energia elétrica em calor (térmica) e energia luminosa e a sala fique mais clara, mas o inverso não é possível: se fornecermos a mesma quantidade de luz e calor para a lâmpada será convertida em energia elétrica. Embora essa explicação não se oponha à primeira lei da termodinâmica, na realidade, também não é possível.
De acordo com a declaração da Kelvin-Plancks, “é impossível para qualquer dispositivo que opere em ciclo, receba calor de um único reservatório e o converta 100% em trabalho, ou seja, não existe um motor térmico que tenha a eficiência térmica de 100%” .
Mesmo assim, Clausius disse que "é impossível construir um dispositivo que funcione em ciclo e transfira calor de um reservatório de baixa temperatura para um reservatório de alta temperatura na ausência de trabalho externo".
Portanto, a partir da afirmação acima, fica claro que a Segunda Lei da Termodinâmica explica sobre como a transformação de energia ocorre apenas em uma direção específica, o que não é esclarecido na primeira lei da termodinâmica.
A Segunda Lei da Termodinâmica, também conhecida como Lei da Entropia Aumentada, diz que, com o tempo, a entropia ou o grau de desordem em um sistema sempre aumentará. Dê um exemplo, é por isso que ficamos mais confusos depois de iniciar qualquer trabalho com todos os planejamentos à medida que o trabalho avança. Assim, com o aumento do tempo, os distúrbios ou desorganização também aumentam.
Este fenômeno é aplicável em todos os sistemas, que com o uso de energia útil, a energia inutilizável será distribuída.
ΔS = ΔS (sistema) + ΔS (circundante)> 0
Como descrito anteriormente, o delS que é a mudança total na entropia é a soma da mudança na entropia do sistema e do entorno que aumentará para qualquer processo real e não poderá ser menor que 0.
Principais diferenças entre a primeira e a segunda leis da termodinâmica
A seguir, são apresentados os pontos essenciais para diferenciar entre Primeira e Segunda Leis da Termodinâmica:
- De acordo com a Primeira Lei da Termodinâmica, "a energia não pode ser criada nem destruída; só pode ser transformada de uma forma para outra". Segundo a Segunda Lei da Termodinâmica, que não viola a primeira lei, mas afirma que a energia que é transformada de um estado para outro nem sempre é útil e 100% utilizada. Portanto, pode-se afirmar que "a entropia (grau de desordem) de um sistema isolado nunca diminui, mas sempre aumenta".
- A Primeira Lei da Termodinâmica pode ser expressa como ΔE = Q + W, é usada para o cálculo do valor, se duas quantidades forem conhecidas, enquanto a Segunda Lei da Termodinâmica pode ser expressa como ΔS = ΔS (sistema) + ΔS ( circundante)> 0 .
- Expressões implicam que a mudança na energia interna de um sistema é igual à soma do fluxo de calor no sistema e ao trabalho realizado no sistema pelo entorno da Primeira Lei. Na Segunda Lei, a mudança total na entropia é a soma da mudança na entropia do sistema e do entorno que aumentará para qualquer processo real e não poderá ser menor que 0.
Conclusão
Neste artigo, discutimos a termodinâmica, que não se limita à física ou máquinas, como geladeiras, carros, máquinas de lavar, mas esse conceito é aplicável ao dia a dia de todos. Embora aqui tenhamos distinguido as duas Leis da Termodinâmica mais confusas, como sabemos, existem mais duas, fáceis de entender e não tão contraditórias.
