a) Que razões se podem apresentar para conceber a necessidade de outra lei geral além da Primeira Lei da Termodinâmica?
Passo 1
O enunciado pergunta por que a simples conservação de energia (Primeira Lei da Termodinâmica) não é suficiente para descrever todos os fenômenos térmicos e, portanto, por que é necessário formular uma lei geral adicional (ou seja, a Segunda Lei).
Passo 2
A Primeira Lei estabelece que a energia interna de um sistema varia segundo o balanço entre calor recebido e trabalho realizado, mas ela não indica em que sentido um processo ocorre espontaneamente. Em outras palavras, a conservação de energia não nos diz se um processo térmico é reversível ou não, nem qual a “direção” natural das trocas de calor.
Passo 3
Na prática observamos fenômenos irreversíveis, como:
Calor fluindo espontaneamente de um corpo quente para um corpo frio, mas nunca o contrário.
Conversão total de trabalho em calor via atrito, mas não a conversão total de calor em trabalho.
Impossibilidade de criar máquinas que transformem calor totalmente em trabalho sem rejeitar parte do calor (máquinas de movimento perpétuo de segunda espécie).
Passo 4
Essas observações mostram que, apesar de respeitar a conservação de energia, nem todos os processos permitidos pela Primeira Lei ocorrem na natureza. Falta um critério adicional para distinguir processos reversíveis dos irreversíveis e para estabelecer limites de eficiência de máquinas térmicas.
Passo 5
Daí a necessidade de uma Segunda Lei que introduza o conceito de entropia e imponha condições sobre a direção dos processos e a conversão de calor em trabalho, preenchendo as lacunas deixadas pela Primeira Lei.
Resposta
As principais razões são:
. A Primeira Lei não determina a direção espontânea dos processos térmicos.
. Há fenômenos irreversíveis (fluxo de calor quente
frio, atrito, etc.) que não são explicados só pela conservação de energia.
. Observa-se a impossibilidade de converter calor integralmente em trabalho (máquinas de segunda espécie).
. É preciso um critério adicional (entropia) para diferenciar processos reversíveis de irreversíveis e limitar a eficiência de ciclos térmicos.