Introdução

    Termodinâmica é a ciência que estuda as transformações de energia nas quais as variações de 

temperatura são importantes. A maioria das transformações químicas resulta em alterações nas
temperaturas e, portanto os químicos sempre estiveram envolvidos no desenvolvimento da
Termodinâmica como ciência.
    Vamos neste texto mergulhar no mundo das diversas formas de energia
tais como cinética, potencial, térmica, mecânica, elétrica e ver como os conceitos e princípios da Termodinâmica foram sendo desenvolvidos, ao longo dos séculos, por grandes cientistas que, não só perceberam a natureza, mas também procuraram atender a diversas necessidades da humanidade.
     A Termodinâmica é essencialmente uma ciência experimental que só recebeu um formalismo teórico muito tempo depois. O foco da presente exposição é a Primeira Lei da Termodinâmica, que trata da conservação da energia.

1ª Lei da Termodinâmica

    A lei de conservação de energia aplicada aos processos térmicos é conhecida como primeira lei da termodinâmica. Ela dá a equivalência entre calor e trabalho e pode enunciar-se da seguinte maneira: "em todo sistema quimicamente isolado em que há troca de trabalho e calor com o meio externo e em que, durante essa transformação, realiza-se um ciclo (o estado inicial do sistema é igual a seu estado final), as quantidades de calor (Q) e trabalho (W) trocadas são iguais. Assim, chega-se à expressão W = JQ, em que J é uma constante que corresponde ao ajuste entre as unidades de calor (usada na medida de Q) e Joule (usada na medida de W). Essa constante é empregada na própria definição de caloria (1 cal = 4,1868J).
     A primeira lei da termodinâmica pode ser enunciada também a partir do conceito de energia interna, entendida como a energia associada aos átomos e moléculas em seus movimentos e interações internas ao sistema. Essa energia não envolve outras energias cinéticas e potenciais, que o sistema como um todo apresenta em suas relações com o exterior.

          Por exemplo, num motor de explosão de um automóvel, a energia obtida sob a forma de calor na câmara de combustão devido à explosão da mistura de ar e gasolina, causa a expansão dessa mistura gasosa. Esta expansão empurra um pistão ou êmbolo, realizando trabalho sobre o exterior. De seguida, os gases resultantes da combustão são expelidos para o exterior, entrando novamente para a câmara uma mistura de ar e gasolina, e todo o processo volta a repetir-se, ou seja, é um processo cíclico. O movimento do êmbolo ou pistão, a que equivale uma certa quantidade de trabalho, apenas acontece porque se fornece energia ao motor e, segundo a 1ª lei da termodinâmica, o trabalho efetivo realizado por uma máquina térmica não pode ser superior à energia recebida sob a forma de calor.

2ª Lei da Termodinâmica

        Pelo princípio de conservação da energia, a energia de um sistema isolado é 

constante, quaisquer que sejam os processos pelos quais passa o sistema. A primeira 

lei da Termodinâmica representa a aplicação do princípio de conservação da energia a 

sistemas que podem trocar energia com a vizinhança por calor. Esta lei, assim como o 

princípio de conservação da energia, não contém restrições quanto à direção do fluxo 

de energia entre dois sistemas. Por exemplo, estão de acordo com essa lei tanto a 

passagem de energia, por calor, de um corpo de temperatura maior a outro de 

temperatura menor, quanto a passagem de energia, por calor, de um corpo de 

temperatura menor a outro de temperatura maior. Na natureza, observamos que é 

possível a passagem espontânea de energia por calor apenas de um corpo de 

temperatura maior a outro de temperatura menor. A segunda lei da Termodinâmica dá 

conta desta falta de correspondência. Podemos enunciar a segunda lei da 

Termodinâmica da seguinte forma: 

• A entropia de um sistema isolado não se altera se ele realiza um processo 

reversível e aumenta se ele realiza um processo irreversível. 

De modo mais conciso: 

          • A entropia do universo aumenta sempre. 

A seguir, mais dois enunciados para a segunda lei da Termodinâmica:

• 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 universo necessário que um agente externo realize um trabalho sobre este sistema.

• 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.

Máquinas Térmicas

As máquina térmicas foram os primeiros dispositivos mecânicos a serem utilizados em larga escala na indústria, por volta do século XVIII. Na forma mais primitiva, era usado o aquecimento para transformar água em vapor, capaz me movimentar um pistão, que por sua vez, movimenta um eixo que tornava a energia mecânica utilizável para as indústrias da época.
Chamamos máquina térmica o dispositivo que, utilizando duas fontes térmicas,faz com que a energia térmica se converta em energia mecânica(trabalho).

 Um exemplo de máquina térmica é o ar condicionado:

Um ar condicionado usa um material chamado de "fluido de trabalho" para transferir energia de dentro de um quarto para o exterior. O fluido de trabalho é um material que se transforma facilmente de gás para líquido e vice-versa, sob um grande intervalo de pressão e temperatura. O fluido de trabalho se move através do ar condicionado em três componentes principais, o  compressor, o condensador, e o evaporador  em um ciclo contínuo.