Termodinâmica clássica

Denomina-se Termodinâmica clássica ao ramo da Termodinâmica que surgiu primeiramente com o entendimento progressivo dos conceitos de trabalho, calor, energia e entropia no contexto clássico.

Essa abordagem, por motivos óbvios, tinha uma feição eminentemente fenomenológica. Não havia então uma teoria constitutiva da matéria totalmente aceita e satisfatória para descrever os sistemas microscópicos e, por derivação, os sistemas macroscópicos. A teoria cinético-molecular não havia sido plenamente desenvolvida ainda, e não foi senão na transição do século XIX para o século XX que o paradigma energeticista, defendido por Helm, Ostwald e Mach foi cedendo terreno para o paradigma atomista, defendido por Ludwig Boltzmann e Felix Klein. Mais tarde a mecânica estatística e termodinâmica estatística surgiram como disciplinas plenas, baseadas principalmente nos estudos de Boltzmann.

Diagrama de um sistema termodinâmico típico: uma máquina térmica cíclica. Parte da energia admitida — oriunda de uma fonte quente (em vermelho, à esquerda) — é convertida em trabalho (movimento), neste caso por uma série de pistões. Contudo, em máquinas cíclicas não se pode converter toda a energia oriunda da fonte quente em trabalho, havendo necessariamente uma quantidade mínima de energia rejeitada a uma fonte fria (em azul, à direita).

Leis da Termodinâmica

A termodinâmica é baseada em leis estabelecidas experimentalmente:

• A Lei Zero da Termodinâmica determina que, quando dois sistemas em equilíbrio termodinâmico têm igualdade de temperatura com um terceiro sistema também em equilíbrio, eles têm igualdade de temperatura entre si. Esta lei é a base empírica para a medição de temperatura. Ela também estabelece o que vem a ser um sistema em equilíbrio termodinâmico: dado tempo suficiente, um sistema isolado atingirá um estado final - o estado de equilíbrio termodinâmico - onde nenhuma transformação macroscópica será doravante observada, caracterizando-se este por uma homogeneidade das grandezas termodinâmicas ao longo de todo o sistema (temperatura, pressão, volumes parciais constantes).
• A Primeira Lei da Termodinâmica fornece o aspecto quantitativo de processos de conversão de energia. É o princípio da conservação da energia e da conservação da massa, agora familiar: "A energia do Universo, sistema mais vizinhança, é constante".
• A Segunda Lei da Termodinâmica determina de forma quantitativa a viabilidade de processos em sistemas físicos no que se refere à possibilidade de troca de energia e à ocorrência ou não destes processos na natureza. Afirma que há processos que ocorrem numa certa direção mas não podem ocorrer na direção oposta. Foi enunciada por Clausius da seguinte maneira: "A entropia do Universo, [sistema mais vizinhança], tende a um máximo": somente processos que levem a um aumento, ou quando muito à manutenção, da entropia total do sistema mais vizinhança são observados na natureza. Em sistemas isolados, transformações que impliquem uma diminuição em sua entropia jamais ocorrerão.
• A Terceira Lei da Termodinâmica estabelece um ponto de referência absoluto para a determinação da entropia, representado pelo estado derradeiro de ordem molecular máxima e mínima energia. Enunciada como: "A entropia de uma substância cristalina pura na temperatura zero absoluto é zero".