Curso Online de Termodinâmica suas Leis e Conceitos

o demônio de maxwell e a 2º lei da termodinâmica i: o exorcismo.

james clerk maxwell foi um dos grandes cientistas do sec. xix, muito conhecido pela teoria do eletromagnetismo, contribuiu para uma visão mais profunda sobre magnetismo e eletricidade. no final de um trabalho relacionado com calor, ele propôs um brilhante experimento de pensamento no qual ficaria conhecido como demônio de maxwell. no experimento, o suposto demônio teria a capacidade de controlar a abertura de uma porta que separa dois tanques preenchidos por moléculas de gás [umas moléculas estariam quentes (muita velocidade e/ou muita agitação térmica) e outras estariam frias (pouca velocidade e/ou pouca agitação térmica)], através do controle da porta seria possível separar as moléculas quentes das frias, isto é, sem realização de trabalho útil por parte do demônio [sem dissipação de calor]. como o demônio não desprende energia nesse trabalho de abrir e fechar a porta, logo, à 2º lei da termodinâmica estaria em perigo. 

mas então o que é a 2º lei da termodinâmica e por que ela estaria em perigo? a 2º lei da termodinâmica diz que é impossível converter totalmente energia térmica em trabalho útil. então, o perigo seria devido ao demônio poder separar as moléculas quentes das frias sem perder energia nesse trabalho. ou seja, se houvesse realização de trabalho útil pelo demônio teria energia dissipada logo a 2º lei se manteria intacta.

foi pelo exorcismo desse demônio que a 2º lei da termodinâmica permaneceu ilesa. mas então como foi possível exorcizá-lo? 

antes de dizer como foi possível exorcizá-lo é bom lembrar que violar essa lei da física significaria ser possível realizar o “movimento perpétuo”. agora, o exorcismo foi possível devido a uma analogia entre termodinâmica e o principio de landauer [teoria da informação]. o principio de landauer diz que em geral o calor dissipado pelo microprocessador [no computador] é devido ao fato dele [microprocessador] apagar a informação. isto é, o calor dissipado num processo esta diretamente relacionado à perda irreversível de uma informação. a dissipação do calor na 2º lei da termodinâmica esta ligada a informação apagada e isso é parte de processos inerentes realizado por microprocessadores. isso quer dizer que para separar as moléculas o demônio de maxwell tem que colocar a mão na porta e isso dissipa energia. logo, a 2º lei da termodinâmica consegue sobreviver inviolável até o momento.

leis da termodinâmica

lei zero: - estabelece o conceito de equilíbrio térmico
- introduz o conceito de temperatura
• primeira lei: - extensão do princípio da conservação de energia aos processos
térmicos
- introduz o conceito de energia interna (equivalência entre calor
e trabalho)
• segunda lei: - determina o sentido dos processos termodinâmicos, ou seja,
estabelece condições para que as transformações termodinâmicas
possam ocorrer.
- introduz o conceito de entropia que é uma função de estado
cuja variação em um dado processo determina se este é
reversível ou irreversível.
• terceira lei: - estabelece que é impossível, por meio de um número finito de
etapas (ou estados) atingir a temperatura do zero absoluto (zero
kelvin).

leis da termodinâmica: conceitos básicos (vocabulário)
1) sistema termodinâmico, fronteira e meio exterior
- sistema termodinâmico é constituído por uma quantidade de matéria contida em uma superfície fechada, que é a sua
fronteira. ele interage (e troca energia) com suas
vizinhanças, ou com o ambiente, pelo menos de dois modos diferentes, um dos quais mediante a transferência de calor.
• fronteira pode ser material ou imaginária (parede de um tanque que contém uma massa de oxigênio, superfície
que limita uma quantidade de fluido que se desloca numa tubulação) pode mudar de forma e posição durante o processo em estudo: fronteira de um gás que é constituída pela parede
do recipiente que envolve o gás e por um êmbolo
móvel que está se deslocando.

• exterior: tudo que fica fora da fronteira do sistema;
– o sistema pode ser
• aberto: há fluxo de massa através de suas fronteiras
• fechado: há somente fluxo de energia através das suas fronteiras
• isolado: não há fluxo de massa ou de energia através das suas fronteiras

– leis da termodinâmica: conceitos básicos (vocabulário)
2) calor e tipos de fronteira
– calor é o fluxo de energia que não está associado ao trabalho
macroscópico;
– fronteiras:
• adiatérmicas: são aquelas que não permitem a passagem de calor.
exemplos: paredes de garrafas térmicas, isolantes térmicos como
isopor, madeira e o ar.
• diatérmicas: permitem a passagem de calor.
exemplo: metais.
ocorre quando o sistema está em equilíbrio mecânico, químico e térmico.

eq mecânico: não existe movimento de massa no seu interior ou através
de sua fronteira
eq químico: não existe reação química
eq. térmico: não existe fluxo de calor no seu interior e na sua fronteira.
 o estado de equilíbrio termodinâmico de um sistema é caracterizado por
suas coordenadas termodinâmicas.