Referência(s): Física
Leis
que descrevem calor, trabalho, energia, entropia e suas evoluções em um
sistema físico. Permite o estudo quantitativo que relaciona o calor com
outras formas de energia. Caracterizada por três leis principais:
Primeira Lei: O calor e o trabalho podem fluir entre um
sistema e sua vizinhança de tal forma que a energia interna do sistema
aumenta quando ele recebe calor e diminui quando ele executa trabalho.
Se estas interconversões ocorrem em um sistema isolado, a energia
interna permanece constante.
Também pode ser expressa
da seguinte maneira:
O trabalho adiabático
realizado sobre um sistema para levá-lo de um estado físico a outro é
independente da forma em que é executado, dependendo apenas dos estados
inicial e final. (O trabalho adiabático é aquele realizado sobre um
sistema isolado, que nem perde nem ganha calor durante o processo.)
Essa lei é conhecida como
o princípio da conservação da energia. Matematicamente pode ser
expressa da seguinte maneira. A energia interna de um sistema
E pode ser aumentada adicionando-se calor q ao sistema e
diminuída pela realização de trabalho w pelo sistema, de modo
que:
E = q - w.
O primeiro princípio
estabelece que qualquer transformação na qual a energia é conservada
pode ser realizada. No entanto, ele não é suficiente para dizer se uma
dada transformação de energia pode ocorrer de forma espontânea. Todas as
transformações são acompanhadas de variações da energia interna e
da desordem do sistema, representada pela entropia. Os sistemas
tendem a mudar para estados de menor energia e maior desordem (cuja
probabilidade de existência é maior). No entanto, nenhuma das duas
tendências isoladas é suficiente para estabelecer se uma dada
transformação é ou não espontânea. O segundo princípio estabelece
a condição para a espontaneidade da transformação:
Segunda Lei: Os processos espontâneos são aqueles em que a
energia livre do sistema diminui.
Também pode ser expressa
da seguinte maneira:
A entropia do Universo
nunca diminui.
Matematicamente pode ser
expressa da seguinte maneira. A energia livre de um sistema G
diminui em um processo espontâneo, de modo que:
ΔG < 0 →
Transformação Espontânea.
O segundo princípio
estabelece o critério para a espontaneidade da transformação a partir do
conceito de desordem, mas não define um valor de referência para a
entropia. Um estado de ordem perfeita é um estado de entropia
mínima e que só pode existir conceitualmente em um cristal
perfeito na temperatura zero absoluto, no qual os átomos do cristal
estão em posições fixas, apresentando cada um a mesma energia mínima. O
terceiro princípio afirma que:
Terceira Lei: A entropia de um sólido cristalino puro e
perfeito é igual a zero na temperatura zero absoluto.
Com o emprego do
terceiro princípio podemos escrever:
ΔS0 → T
= ST - S0 = ST
