1- A segunda lei da termodinâmica envolve o funcionamento das máquinas térmicas, ou seja, situações em que o calor é transformado em outras formas de energia.Uma dessas situações que não ocorriam era a passagem  espontânea de calor de um corpo frio para um corpo quente, o que sempre ocorre é o inverso, passagem espontânea de calor de um corpo quente para um corpo frio. Alguém poderia citar o refrigerador como a passagem de calor da região fria para uma região quente, mas não é espontâneo, para que ocorra é necessária à utilização de um motor que realize o trabalho.A outra situação que não ocorre é a transformação integral de calor em trabalho. As máquinas térmicas trabalham utilizando duas fontes de temperaturas diferentes, de modo que uma parte do calor retirado da fonte quente é enviada a fonte fria. Não é possível transformar todo o calor retirado da fonte quente em trabalho.Foram essas duas situação também chamadas de proibições que deram origem a segunda lei da termodinâmica:O calor flui espontaneamente de um corpo quente para um corpo frio, o inverso só ocorre com a realização de trabalho e nenhuma máquina térmica que opera em ciclos pode retirar calor de uma fonte e transforma-lo integralmente em trabalho.Fazendo uma comparação entre a primeira e a segunda lei da termodinâmica, podemos dizer que enquanto a primeira lei da termodinâmica estabelece a conservação de energia em qualquer transformação, a segunda lei estabelece condições para que as transformações termodinâmicas possam ocorrer.Num sentido geral, a segunda lei da termodinâmica afirma que as diferenças entre sistemas em contato tendem a igualar-se. As diferenças de pressão, densidade e, particularmente, as diferenças de temperatura tendem a equalizar-se. Isto significa que um sistema isolado chegará a alcançar uma temperatura uniforme. Uma máquina térmica é aquela que provêm de trabalho eficaz graças à diferença de temperatura de dois corpos. Dado que qualquer máquina termodinâmica requer uma diferença de temperatura, se deriva pois que nenhum trabalho útil pode extrair-se de um sistema isolado em equilíbrio térmico, isto é, requerirá de alimentação de energia do exterior. A segunda lei se usa normalmente como a razão por a qual não se pode criar uma máquina de movimento perpétuo (modo contínuo).

2- Dentre as duas leis da termodinâmica, a segunda é a que tem maior aplicação na construção de máquinas e utilização na indústria, pois trata diretamente do rendimento das máquinas térmicas.Dois enunciados, aparentemente diferentes ilustram a 2ª Lei da Termodinâmica, os enunciados de Clausiuse Kelvin-Planck:

Enunciado de Clausius:O calor não pode fluir, de forma espontânea, de um corpo de temperatura menor, para um outro corpo de temperatura mais alta.Tendo como consequência que o sentido natural do fluxo de calor é da temperatura mais alta para a mais baixa, e que para que o fluxo seja inverso é necessário que um agente externo realize um trabalho sobre este sistema.Segundo Clausius nenhum sistema pode realizar qualquer processo cíclico cujo único efeito seja retirar, por calor, certa quantidade de energia de um reservatório térmico com temperatura baixa e ceder, também por calor, igual quantidade de energia a um reservatório térmico com temperatura alta. É muito importante observar que esse enunciado se refere também a um processo cíclico. Se o sistema não volta ao estado inicial, a transferência de energia, por calor, do reservatório térmico com temperatura baixa para o reservatório térmico com

temperatura alta é perfeitamente possível. Como exemplo, vamos considerar uma amostra de gás que é expandida isotermicamente em contato com um reservatório térmico de temperatura baixa T1, depois comprimida adiabaticamente, de modo que sua temperatura aumente de T1 para T2 e, finalmente, comprimida isotermicamente em contato com um reservatório térmico de temperatura alta T2 (Fig.61). No processo AB, de expansão isotérmica, a amostra retira do reservatório térmico de temperatura baixa certa quantidade de energia por calor e no processo CD, de compressão isotérmica, a amostra cede certa quantidade de energia, também por calor, ao reservatório térmico de temperatura alta. A quantidade de energia associada ao trabalho pode ser nula, mas certa quantidade de energia diferente de zero foi transferida, por calor, do reservatório térmico de temperatura baixa para o reservatório térmico de temperatura alta.

Enunciado de Kelvin-Planck:É impossível a construção de uma máquina que, operando em um ciclo termodinâmico, converta toda a quantidade de calor recebido em trabalho.Este enunciado implica que, não é possível que um dispositivo térmico tenha um rendimento de 100%, ou seja, por menor que seja, sempre há uma quantidade de calor que não se transforma em trabalho efetivo. De acordo com Kelvin nenhum sistema pode realizar qualquer processo cíclico cujo único efeito seja retirar, por calor, certa quantidade de energia de um único reservatório térmico e ceder, por trabalho, uma quantidade igual de energia para a vizinhança. Aqui, é muito importante observar que esse enunciado se refere a um processo cíclico. Podemos perfeitamente imaginar um processo não cíclico através do qual certa quantidade de energia é retirada, como calor, de um único reservatório térmico e uma quantidade igual de energia é devolvida, por trabalho, à vizinhança. Como exemplo, vamos considerar uma amostra de gás ideal que se expande isotermicamente em contato com um reservatório térmico. A amostra recebe energia, por calor, do reservatório térmico e, simultaneamente, cede energia, por trabalho, para a vizinhança. Nesse processo, ∆U = 0 e, então, Q = W, isto é, a quantidade de energia recebida por calor é igual à quantidade de energia cedida por trabalho. Por outro lado, é perfeitamente possível que, num processo cíclico, um sistema receba certa quantidade de energia por trabalho e ceda a mesma quantidade de energia, por calor, para a vizinhança. Como exemplo, vamos considerar um corpo apoiado sobre uma superfície com atrito que é mantido, por uma força externa, em movimento circular uniforme num referencial fixo na superfície. A cada volta, o corpo recebe certa quantidade de energia, como trabalho, do agente que exerce a força e igual quantidade de energia é transferida, em parte para o corpo e em parte para a superfície, aumentando suas energias internas e também suas temperaturas.

Destas definições pode-se associar também o enunciado de Carnot: Para que uma máquina térmica realize trabalho são necessárias duas fontes térmicas de diferentes temperaturas.Como se sabe, o calor pode ser convertido em trabalho, mas segundo o físico francês Sadi Carnot, há restrições para que isto ocorra. Carnot foi, além de físico, matemático e engenheiro que e obteve grande sucesso ao fazer os primeiros ensaios sobre as máquinas térmicas, como também ao apresentar os fundamentos da segunda lei da termodinâmica. Segundo esse famoso físico, para que haja contínua conversão de calor em trabalho, um sistema como, por exemplo, uma máquina térmica, deve realizar ciclos contínuos entre

uma fonte quente e uma fonte fria, as quais devem permanecer com temperaturas constantes. A cada ciclo, o sistema retira uma quantidade de calor da fonte quente. Parte desse calor é convertido em trabalho e o restante é rejeitado para a fonte fria. Por exemplo: em um automóvel a fonte quente é o motor, local onde ocorre a queima do combustível. Dessa fonte é retirada, a cada ciclo, uma quantidade de calor. Parte deste é convertida em trabalho mecânico, fazendo o automóvel se movimentar, é chamada energia útil. A outra parte do calor que não é aproveitada é rejeitada para a atmosfera, fonte fria, por meio do escapamento. Toda máquina térmica tem um rendimento e este pode ser calculado através da relação entre o trabalho realizado pela máquina, energia útil, e a quantidade de calor que foi retirada da fonte quente, energia total, matematicamente temos:r = T/ Q1

Onde T é o trabalho realizado pela máquina e Q1 é a quantidade de calor retirada da fonte quente. O ideal seria que as máquinas térmicas tivessem 100% de rendimento, mas naprática isso não acontece. Na realidade, as máquinas possuem rendimento muito inferior a esse valor, por exemplo: os motores à gasolina possuem rendimento que não ultrapassa os 30%; já os motores a diesel são mais eficientes, o rendimento chega próximo dos 40% e as locomotivas a vapor têm rendimento de aproximadamente 10%.

Visualizações da segunda lei

Graficamente se pode expressar imaginando uma caldeira de um barco a vapor. Esta não poderia produzir trabalho se não fosse porque o vapor se encontra a temperaturas e pressão elevadas comparados com o meio que a rodeia.Uma outra maneira de ver a segunda lei é pela observação da sua relevância. A primeira lei é na verdade, um princípio de contabilidade de energia: as parcelas de energia devem ser somadas. Ou seja, a primeira lei trata das quantidades de energia. A segunda lei, entretanto, ao dizer que energia cinética (por exemplo) pode ser integralmente transformada em energia térmica (calor) mas não ao contrário, indica uma qualidade para a energia:Exemplarmente, pode-se imaginar um automóvel a 50 km/h. Ele é subitamente freado. Toda a sua energia cinética será eventualmente transformada em energia interna das pastilhas de freio (e outras fontes de atrito) que se aquecerão. Finalmente, uma certa quantidade de calor será transferida para o meio ambiente. Entretanto, se eu ceder esta mesma quantidade de calor ao automóvel (ou ao freio), ele não sairá do lugar.Tais questões de eficiência têm profundas implicações no projeto de máquinas, equipamentos e diversos processos industriais.

EquacionamentoMatematicamente, se expressa assim:

onde S é a entropia e o símbolo de igualdade só existe quando a entropia se encontra em seu valor máximo (em equilíbrio).Outra maneira de expressar de maneira simples a segunda lei é: A entropia de um sistema isolado nunca decresce. Mas é uma má interpretação comum que a segunda lei indica que a entropia de um sistema jamais decresce. Realmente, indica só uma tendência, isto é, só indica que é extremamente improvável que a entropia de um sistema fechado decresça em um instante dado.Como a entropia está relacionada ao número de configurações de mesma energia que um dado sistema pode possuir, podemos nos valer do conceito subjetivo de desordem para facilitar a compreensão da segunda lei (embora entropia não seja essencialmente desordem[). Ou seja, a segunda lei afirma, à grosso modo, que a desordem de um sistema isolado só pode crescer ou permanecer igual.