Física 2 (2)-184-186

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Capítulo 7182
14. A segunda Lei da Termodinâmica
ao estudar e construir as máquinas térmicas, os físicos perceberam que há algumas 
transformações “proibidas” apesar de não serem contra a lei da Conservação de ener-
gia. Uma dessas transformações é a passagem espontânea de calor de um corpo frio 
para um corpo quente. Como vimos, isso só pode ocorrer com a realização de trabalho 
(refrigeração).
outra “proibição” observada foi a conversão integral de calor em trabalho (ou de 
calor em energia mecânica). Não se consegue transformar em trabalho todo o calor re-
tirado da fonte quente. o inverso é possível, isto é, a transformação integral de trabalho 
em calor, como ocorre na máquina frigorífica. porém, a transformação integral de calor 
em trabalho não acontece. Se isso fosse possível, seria ótimo, pois poderíamos, por 
exemplo, construir um navio que retiraria calor da água do mar e, sem necessidade de 
uma fonte fria, transformaria todo esse calor em trabalho, o qual poderia movimentar 
o navio por séculos, sem necessidade de combustível.
essas “proibições” foram transformadas em lei: a Segunda Lei da Termodinâmi-
ca. essa lei teve vários enunciados, que os físicos mostraram ser equivalentes.
o primeiro enunciado foi feito pelo alemão Rudolf emanuel Clausius (1822-1888), 
em 1850:
O calor flui espontaneamente de um corpo quente para um corpo frio. O inverso só 
ocorre com a realização de trabalho.
em 1851, lorde Kelvin e o físico alemão Max planck deram à lei outro enunciado:
É impossível, para uma máquina térmica que opera em ciclos, converter integralmente 
calor em trabalho.
pensemos no ciclo de Carnot, cujo rendimento é dado por:
η
Carnot
 = 1 – 
Q
f
Q
q
 = 1 – 
T
f
T
q
Se fosse possível transformar integralmente calor em trabalho, teríamos Q
f
 = 0, T
f
 = 0 
e rendimento de 100%, isto é, teríamos uma fonte fria cuja temperatura seria o 
zero absoluto. Como a transformação integral não é possível, não podemos atingir o zero 
absoluto. esse fato é conhecido como a Terceira Lei da Termodinâmica.
91. (UF-MG) Durante um ciclo de seu funcionamen-
to, uma geladeira recebe 50 J de energia de seu 
motor e libera 300 J de calor para o ambiente. 
Determine a quantidade de calor que é retirada 
do interior da geladeira em cada ciclo.
92. (Vunesp-SP) Uma geladeira retira, por segundo, 
1 000 cal do congelador, enviando para o ambien-
te 1 200 cal. Supondo 1 cal = 4,2 J, calcule:
a) a potência do compressor da geladeira, em 
watts;
b) a eficiência dessa geladeira.
Exercícios de Reforço
As leis da Termodinâmica 183
Irreversibilidade e desordem
aos poucos, os físicos foram percebendo que há uma relação entre os 
processos “proibidos” pela Segunda lei da Termodinâmica e os conceitos 
de reversibilidade e ordem.
Dizemos que uma transformação é reversível quando ela pode ocor-
rer ao contrário. Consideremos, por exemplo, a situação representada 
na figura 43. Num recinto onde foi feito vácuo, um pêndulo é abando-
nado na posição A. Não havendo atrito, ele irá até a posição B (que está 
no mesmo nível de A) e, depois, sem nenhuma interferência externa, 
voltará para a posição A e ficará oscilando. Se filmarmos o experimento 
e depois projetarmos o filme de trás para diante, não veremos nada im-
possível. a projeção tanto no sentido original como no sentido inverso 
nos mostrará ocorrências idênticas e possíveis.
Consideremos agora a situação da figura 44, na qual um ovo foi 
abandonado, caiu e se quebrou ao atingir o solo. Se filmarmos esse 
experimento e depois passarmos o filme ao contrário, veremos algo que 
nos parecerá muito estranho: as partes do ovo se juntando, o ovo se 
reconstruindo e depois subindo. esse é o tipo de coisa que só acontece 
em desenhos animados!
a ida do pêndulo da posição A para a posição B (fig. 43) é um 
processo reversível. a queda do ovo e a sua quebra constituem um 
processo irreversível, pois o inverso não acontece espontaneamente.
Consideremos outro exemplo. Vamos supor um recipiente fechado, 
onde há uma parede (fig. 45a), contendo um tipo de gás de cada lado. 
Se abrirmos um orifício na parede, rapidamente as moléculas vão se 
misturar (fig. 45b). pensemos no processo inverso: depois de algum 
tempo, espontaneamente, voltaremos à situação inicial, ficando de um 
lado todas as moléculas de um dos gases e do outro todas as moléculas 
do outro gás. essa transformação simplesmente não ocorre.
Na figura 46a, representamos uma situação em que uma pedra 
é abandonada e se choca com uma mola ideal. Durante a descida, a 
pedra tem sua energia potencial transformada em energia cinética e 
depois essa energia cinética é transformada em energia potencial da 
mola. Supondo o choque elástico, esse é um processo reversível. a 
energia potencial da mola transforma-se novamente em energia cinéti-
ca da pedra, a qual começa a subir; durante a subida, a energia cinética 
da pedra vai se transformando novamente em energia potencial, até 
que a pedra volta à mão da pessoa que a largou.
Na figura 46b, representamos outra situação: a pedra se chocando 
diretamente com o solo, de modo que o choque seja inelástico. No 
final do processo, teremos a pedra parada. Sua energia potencial ini-
cial foi se transformando em energia cinética durante a descida e, ao 
chocar-se com o solo, essa energia foi quase totalmente transformada 
em energia térmica (uma pequena parte é usada para o trabalho de 
deformação). Haverá um aquecimento da pedra, da região do solo 
onde houve o impacto e também do ar que está próximo. pensemos 
na transformação inversa: a energia térmica transformando-se nova-
mente em energia cinética da pedra e fazendo-a subir, recuperando 
sua energia potencial inicial. Se essa transformação ocorresse, não 
iria contrariar a lei da Conservação da energia. porém, ela não ocorre 
espontaneamente.
BA
Figura 43.
Figura 44. O ato de quebrar 
um ovo é um exemplo de 
processo irreversível.
eD
U
a
R
D
o
 S
a
N
Ta
li
eS
TR
a
sim
não
(a) (b)
Figura 45.
(a)
(b)
il
U
ST
R
a
ç
õ
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: 
lU
iz
 a
U
g
U
ST
o
 R
ib
ei
R
o
Figura 46.
za
pT
za
pT
Capítulo 7184
a energia térmica é uma energia cinética interna; ela é a soma das energias cinéti-
cas (tanto de translação como de rotação) das moléculas. podemos dizer, então, que 
na colisão da pedra com o solo houve transformação de energia cinética macroscópica 
(da pedra) em energia cinética microscópica. essa energia cinética microscópica é de-
sorganizada: cada molécula move-se numa direção. a energia cinética da pedra é uma 
energia cinética organizada: todas as moléculas movem-se na mesma direção. podemos 
dizer, então, que na colisão a pedra foi de uma situação de energia organizada para 
uma situação de energia desorganizada, a qual é difícil de ser recuperada, pois vimos 
que o calor nunca é transformado integralmente em trabalho. a essa energia térmica, 
que é difícil de ser recuperada, os físicos chamam energia degradada.
Voltando à situação da figura 45, com o recipiente contendo os dois gases, pode-
mos dizer que, na situação da figura 45a, o sistema estava organizado: as moléculas 
de um gás em um dos lados e as moléculas do outro gás no outro lado. ao abrirmos 
o orifício, o sistema evoluiu de uma situação organizada para outra desorganizada: as 
moléculas misturadas.
Considerações semelhantes às que fizemos levaram os físicos a concluir que os pro-
cessos espontâneos tendem a evoluir no sentido de aumentar a desordem; a tendência 
natural jamais é de aumentar a ordem. o máximo que pode acontecer é que a ordem 
seja mantida, no caso de processos reversíveis. Nos processos irreversíveis, a desordem 
sempre aumenta.
Entropia
em 1865, Clausius introduziu o conceito de entropia para medir a desordem de um 
sistema. a palavra entropia deriva do grego e significa “transformação de energia”. 
o conceito introduzido por Clausius tem uma expressão matemática que não daremos 
aqui, pois envolve o Cálculo Diferencial e integral. para nós, bastasaber que a entropia 
mede a desordem de um sistema. Com a introdução desse conceito, foi proposta uma 
nova formulação para a Segunda lei da Termodinâmica:
A entropia total de um sistema isolado nunca diminui: ou ela fica 
constante ou aumenta.
acontece, porém, que a entropia só fica constante em processos reversíveis, que 
na realidade são ideais. Na prática, nenhuma transformação é totalmente reversível. 
assim, de modo geral, a entropia dos sistemas isolados aumenta.
Como ressaltamos no exemplo do filme projetado de trás para diante, a Segunda lei 
da Termodinâmica nos informa o sentido em que os processos devem ocorrer. assim, 
alguns físicos cunharam a expressão flecha do tempo para se referir à entropia, já que 
ela nos informa o sentido em que os fenômenos ocorrem.
A morte térmica
o estabelecimento da Segunda lei da Termodinâmica causou certo alvoroço, não 
só entre os físicos como também entre pensadores de outras áreas. afinal de contas, 
essa lei previa um desperdício (degradação) inevitável da energia mecânica. em toda 
transformação natural há aumento da desordem e uma parte da energia mecânica 
transforma-se em calor. Com o tempo, toda a energia mecânica seria transformada em 
calor. o calor fluiria das regiões mais quentes para as regiões mais frias, até que todo o 
Universo estaria à mesma temperatura e num estado de desordem máxima. a partir daí 
não haveria mais possibilidade de realização de trabalho e teríamos a morte térmica