As leis da termodinâmica são um conjunto de leis nas quais a termodinâmica se baseia. Especificamente, essas são quatro leis universalmente válidas quando aplicadas a sistemas que se enquadram nas restrições implícitas em cada uma delas.
Com o tempo, esses princípios se tornaram "leis". Atualmente, um total de quatro leis são enunciadas. Nos últimos 80 anos, alguns autores sugeriram outras leis, mas nenhuma delas foi aceita por unanimidade.
Curiosamente, a lei zero foi formulada depois que as outras três leis da termodinâmica foram declaradas e é uma consequência de todas elas. Por este motivo, possui posição 0.
Quais são as leis da termodinâmica?
Nas várias descrições teóricas da termodinâmica, essas leis podem ser expressas de maneiras aparentemente diferentes, mas as formulações mais proeminentes são as seguintes:
A lei zero da termodinâmica afirma que "se dois sistemas termodinâmicos estão em equilíbrio térmico com um terceiro, eles também estão em equilíbrio um com o outro".
A primeira lei da termodinâmica ou lei da conservação de energia. Este princípio afirma que "A energia total de um sistema isolado não é criada nem destruída, ela permanece constante."
A segunda lei da termodinâmica afirma que a quantidade de entropia no universo tende a aumentar. Desta lei, deduz-se que não existe 100% de eficiência de uma máquina térmica. Também foi descoberto que nem todos os processos termodinâmicos são reversíveis.
A terceira lei da termodinâmica afirma que é impossível atingir uma temperatura igual a zero absoluto (0 kelvin).
Lei zero da termodinâmica
Este princípio é chamado de equilíbrio termodinâmico. Se dois sistemas A e B estão em equilíbrio termodinâmico, e B está em equilíbrio termodinâmico com um terceiro sistema C, então A e C estão, por sua vez, em equilíbrio termodinâmico.
Este princípio é fundamental. O Princípio 0 não foi formalmente formulado até que as outras três leis tivessem sido enunciadas. Portanto, ele recebe a posição 0.
O que significa que um processo está em equilíbrio termodinâmico?
O equilíbrio termodinâmico de um sistema termodinâmico é definido como a condição do sistema em que as variáveis empíricas usadas para definir um estado do sistema atingiram um ponto de equilíbrio. Estando em equilíbrio, eles não variam com o tempo.
Essas variáveis empíricas (experimentais) de um sistema são conhecidas como coordenadas termodinâmicas do sistema. Entre outras variáveis empíricas temos: pressão, volume, campo elétrico, polarização, magnetização, tensão linear, tensão superficial, etc.
Primeira Lei da Termodinâmica
"A energia total de um sistema isolado não é criada nem destruída, ela permanece constante."
Você pode passar de uma forma de energia para outra, mas a energia não é criada nem desaparece. Por exemplo, em uma máquina de calor, a energia térmica da combustão pode ser convertida em energia mecânica.
A primeira lei da termodinâmica também é conhecida como lei da conservação de energia. Essa lei termodinâmica afirma que, se o trabalho for feito em um sistema ou se ele trocar calor com outro, a energia interna do sistema mudará.
Visto de outra forma, essa lei permite definir calor como a quantidade de energia necessária que o sistema deve trocar para compensar as diferenças entre trabalho e energia interna. Foi proposto por Antoine Lavoisier.
Segunda lei da termodinâmica
A segunda lei da termodinâmica regula a direção em que os processos termodinâmicos devem ser executados e, portanto, a impossibilidade de eles ocorrerem na direção oposta. Por exemplo, a transferência de calor pode ocorrer de um corpo quente para um frio, mas não vice-versa.
Também estabelece, em alguns casos, a impossibilidade de converter completamente toda a energia de um tipo para outro sem perdas. Por exemplo, em um motor ideal, a quantidade de calor fornecida é convertida em trabalho mecânico. No entanto, em um motor real, parte do calor fornecido é perdido.
Esta lei permite definir entropia. A variação na quantidade de entropia de um sistema termodinâmico isolado deve ser sempre maior ou igual a zero e só é igual a zero se o processo for reversível.
A primeira e a segunda leis da termodinâmica surgiram simultaneamente na década de 1850. Foi principalmente o resultado dos trabalhos de William Rankine, Rudolf Clausius e William Thomson (Lord Kelvin).
Terceira lei da termodinâmica
A terceira das leis da termodinâmica afirma que é impossível atingir uma temperatura igual a zero absoluto por meio de um número finito de processos físicos. O zero absoluto é igual a 0 Kelvin, ou seja, -273 graus Celsius. Esta lei foi proposta por Walther Nernst.
Quando a temperatura se aproxima do zero absoluto, a entropia de qualquer sistema se aproxima de zero
O terceiro princípio da termodinâmica também pode ser afirmado, pois à medida que um determinado sistema se aproxima do zero absoluto, sua entropia tende a um valor constante específico.
