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Capítulo 10 - Termodinâmica

Tópico 10.7 - A Segunda Lei da Termodinâmica (II): Irreversibilidade

De importância básica é o Enunciado de Rudolf Clausius (1):
O calor flui espontaneamente de um corpo que está em alta temperatura para um corpo que está em temperatura mais baixa. Matematicamente, isto pode ser expresso pela seguinte equação

(10.8)

Onde a integral é tomada ao longo de um ciclo completo. A desigualdade se aplica a ciclos irreversíveis, e a igualdade a ciclos reversíveis, T é a temperatura absoluta (escala Kelvin) (2). De acordo com o Teorema de Clausius, nós não poderíamos simplesmente extrair calor e convertê-lo em trabalho. Durante o ciclo seria necessário também rejeitar calor a fim de satisfazer a Eq. (10.8).
O calor rejeitado, naturalmente, representa aquela parte do calor absorvido que não pode ser convertida em trabalho. Além disso, a rejeição do calor (Q) deve ocorrer em temperaturas mais baixas que a absorção de calor, se desejamos realizar trabalho (W).
Isto é fácil de ser verificado: a Primeira Lei da Termodinâmica (Eq. (10.1), veja Tópico 10.1) diz que a diferença entre o calor absorvido e o calor cedido deve ser igual ao trabalho realizado. Se o trabalho (W) é positivo, a quantidade de calor cedido será sempre inferior à quantidade de calor absorvido.
Em conseqüência, a faixa de temperaturas na qual ocorre rejeição de calor é, em geral, inferior à faixa de temperaturas na qual o calor é absorvido, para que seja satisfeito o Teorema de Clausius (Equação 10.8). Se o calor é absorvido numa temperatura fixa, a Eq. (10.8) exige que o mesmo calor seja rejeitado àquela temperatura, e nenhum trabalho será realizado. A desigualdade no exemplo acima corresponde ao rendimento inferior dos processos irreversíveis; a maior parte do calor absorvido deve ser rejeitada e, apenas uma menor parte será convertida em trabalho (W).

Figura 10.g- Calor produzindo trabalho.
Notas:
(1) Rudolf Julius Emmanuel Clausius (1822-1888), físico alemão que, numa série de artigos (o mais famoso publicado em 1850), formula a teoria mecânica do calor, fornece as bases matemáticas para as duas primeiras leis da termodinâmica e inventa o termo "entropia"(1865).
(2) Escala Kelvin para Celsius -> °C = K − 273,15.