2ª Lei: todo calor tem pedágio

Nenhum motor vira 100% trabalho e nenhuma geladeira esfria de graça.

caiu 3× no ENEM · 2020 · 2014 · 2011aula de 2 minutos

Em 60 segundos

A 1ª lei diz que a energia se conserva: $Q_q = W + Q_f$ . A 2ª lei diz para onde ela pode ir. Calor flui sozinho do quente para o frio, e um motor que funciona em ciclo sempre rejeita parte do calor numa fonte fria ( $Q_f > 0$ ): rendimento $\eta = W/Q_q < 1$ . O teto é o de Carnot, $1 - T_f/T_q$ (kelvin). O inverso também custa: para tirar calor do frio e jogar no quente (geladeira, ar-condicionado), você paga trabalho, e quanto maior a diferença de temperatura, mais trabalho. No ENEM, procure onde o calor é rejeitado: condensador, radiador, escapamento.

$\eta = \frac{W}{Q_q} = 1 - \frac{Q_f}{Q_q} \le 1 - \frac{T_f}{T_q}$

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Motor em ciclo nunca converte calor integralmente em trabalho
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Calor rejeitado vai para a fonte fria: rio, ar, radiador, condensador
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Converter calor em trabalho é possível; o impossível é converter tudo
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Geladeira leva calor do frio ao quente só gastando trabalho W
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Maior diferença de temperatura = mais trabalho para refrigerar

Veja funcionando

O motor desce calor do quente para o frio e só aproveita uma parte; o refrigerador sobe calor do frio para o quente e paga isso em trabalho.

🎛️ Arraste as temperaturas: o rendimento só cresce afastando as fontes, e a barra do calor rejeitado nunca chega a zero.

🧪 Simulação

Rendimento máximo de uma máquina térmica

Mude as temperaturas das fontes e veja quanto do calor recebido, no melhor caso possível, vira trabalho e quanto é obrigatoriamente rejeitado.

Temperatura da fonte quente600 KTemperatura da fonte fria300 KCalor recebido por ciclo1.000 J

Rendimento máximo (Carnot): 50 %
Trabalho máximo: 500 J
Calor rejeitado mínimo: 500 J

Mesmo na máquina ideal, a barra do calor rejeitado nunca zera.

Com a fonte fria a 300 K e a quente a 600 K, no máximo 50% vira trabalho: pelo menos 500 J vão para a fonte fria.