A primeira e a segunda leis da termodinâmica parecem incoerentes. Como elas foram formuladas? A segunda é contraditória em relação à primeira?

Não há qualquer contradição entre as duas leis da termodinâmica. O físico alemão Rudolf Clausius (1822-1888), que introduziu a definição de entropia em uma série de trabalhos pioneiros na segunda metade do século 19, resumia de forma concisa as duas leis: ‘a energia do mundo é constante; a entropia do mundo tende a um máximo’. A primeira lei da termodinâmica é equivalente ao “princípio da conservação da energia”, bem estabelecido e universalmente aceito desde meados do século 19. O calor é uma forma de energia, que pode ser transformada em energia mecânica, mas a energia total (calor mais energia mecânica) de um sistema isolado permanece constante. No entanto, há inúmeros processos físicos que obedecem à primeira lei da termodinâmica, em que a energia total é conservada, e que jamais ocorrem na natureza. Há quem prefira dizer que são processos que talvez até ocorram, mas com uma probabilidade absolutamente minúscula, dentro de um intervalo de tempo descomunal, da ordem de grandeza da idade do universo (ou seja, praticamente nunca ocorrem mesmo). Um exemplo simples é a troca de calor entre dois corpos colocados em contato térmico, mas isolados do restante do universo. A energia (calor) vai fluir, do corpo mais quente em direção ao corpo mais frio, até que haja uma equalização das temperaturas. O corpo mais quente se esfria e o corpo mais frio se esquenta. É assim que acontece sempre. Nesse processo a energia total é conservada e a entropia aumenta (tende a um valor máximo). Mas no processo oposto (isto é, supondo que o corpo mais quente possa se esquentar mais ainda enquanto o corpo mais frio se esfria ainda mais), que nunca se realiza espontaneamente, a energia também é conservada (ou seja, não há nenhuma violação da primeira lei da termodinâmica). O problema é que nesse processo oposto a entropia diminui, em contradição com a segunda lei. Esse processo oposto nunca acontece espontaneamente (para resfriar uma sala precisamos pagar a ‘conta de luz’ do aparelho de ar-condicionado!). Há muitos exemplos desse tipo, em que a primeira lei é obedecida (a energia total se conserva), mas a entropia diminui, violando a segunda lei da termodinâmica. Através da análise das máquinas térmicas, sabe-se que não é possível retirar energia na forma de calor de uma fonte quente (uma fornalha) e transformá-la inteiramente em energia mecânica (para movimentar um pistão e realizar trabalho útil). Nesse processo, é sempre necessário transferir calor para uma fonte fria (a própria atmosfera) a fim de garantir o balanço entrópico. O trabalho mecânico útil, portanto, não corresponde ao valor integral da energia retirada da fornalha. Enfim, não há contradições entre a primeira e a segunda leis da termodinâmica. Elas fazem exigências distintas, referentes a balanços separados de energia e entropia, que precisam ser devidamente satisfeitos em qualquer processo físico (Silvio R. A. Salinas, Instituto de Física, Universidade de São Paulo; Ciência Hoje, Abril de 2004).