LED que viola as Leis da Termodinâmica?

Olá, como vão?

É com imensa satisfação e honra que inauguramos a participação do Professor Fernando Lang como nosso parceiro.

A superinteressante veiculou em seu site a seguinte notícia:

Cientistas do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) criaram um dispositivo que promete fazer o impossível: emite mais energia do que recebe. Se for possível gerar energia “do nada”, a humanidade poderá dispensar o petróleo e todas as fontes atuais de energia e quase zerar as emissões de CO2. Será?

A suposta revolução está num diodo emissor de luz (LED), dispositivo que transforma corrente elétrica (elétrons) em partículas de luz (fótons). O LED criado pelos cientistas americanos recebe 30 picowatts de eletricidade e devolve mais que o dobro, 70 picowatts, na forma de luz. Como? A eletricidade alimenta os circuitos do LED, que produzem luz. Mas, além disso, ela também tem outro efeito: faz o dispositivo vibrar e se resfriar, liberando calor – que gera mais fótons. No fim do processo, você tem mais energia do que quando começou. Estamos diante da maior invenção humana desde a roda? Infelizmente, não.

Um picowatt é ridiculamente pouco. Seria preciso juntar 600 trilhões de unidades do LED ‘mágico’ para alimentar um reles liquidificador. A tecnologia atual não permite construir uma máquina nessa escala. Mesmo se fosse possível, não compensaria – os LEDs ocupariam um espaço enorme e a energia gerada acabaria se dissipando pelos trilhões de microcircuitos envolvidos. “É uma descoberta de ciência básica”, diz o pesquisador Rajeev Ram, do MIT. Ou seja: interessa e muito aos físicos. Mas não irá zerar a sua conta de luz. Fonte

O professor Fernando Lang, referência no ensino de Física no Brasil, foi contato para se posicionar em relação ao fato. Segundo a pessoa que o contatou, isto poderia estar violando as Leis da Termodinâmica. Veja a resposta do professor Fernando Lang:

LED com eficiência de 230% NÃO viola as Leis da Termodinâmica!

Conhecemos outras máquinas que fazem algo semelhante a este LED surpreendente!

Os nossos aparelhos condicionadores de ar, operando como aquecedores de ambientes, portanto operando como BOMBAS DE CALOR, aparentemente (apenas aparentemente!) violam as Leis da Termodinâmica. Eles introduzem no ambiente a ser aquecido de três a quatro vezes mais energia do que a energia elétrica entregue ao compressor do aparelho. Para cada joule de trabalho elétrico  que o motor do condicionador de ar absorve, o aparelho entrega ao ambiente a ser aquecido cerca de 3 ou 4 joules em energia.

A Primeira Lei da Termodinâmica não está sendo violada pelas BOMBAS DE CALOR em geral e pelos condicionadores de ar em particular. Para cada joule de energia fornecida ao compressor do aparelho, ele pega 2 ou 3 joules em calor no ambiente externo à sala, “bombeando-os” para dentro da sala. Assim entram na sala 2 ou 3 joules de energia que foi capturada fora da sala e mais 1 joule correspondente ao trabalho elétrico. Resulta então em 3 ou 4 joules para cada joule de trabalho elétrico! 

Uma consequência prática deste fato é que se tivermos a opção de aquecer um ambiente ou com estufa elétrica, ou com aparelho condicionador de ar, devemos optar pelo segundo. O uso do condionador de ar, ao invés da estufa, implica em cerca de 3 a 4 vezes menos energia elétrica consumida para a obtenção da mesma quantidade de energia colocada no ambiente do que a estufa colocaria.

Assim, se a capacidade de aquecimento de um desses aparelhos é 10.000 BTU/h (2,9 kW), a potência elétrica do motor que o aciona pode ser inferior a 1 kW!

Uma das questões mais procuradas no CREF diz respeito ao surpreendente fato – surpreendente para quem não estudou Termodinâmica um pouco mais a fundo! – de que os aparelhos condicionadores de ar (e também nossos refrigeradores) possuem uma capacidade de refrigeração ou de aquecimento muito superior à potência elétrica que lhes é entregue. Vide: Potência do condicionador de ar?

Este LED, aparentemente violador das Leis da Termodinâmica, opera segundo se pode ler em  http://www.physicscentral.com/explore/action/led.cfm,  como uma BOMBA DE CALOR. Quando ele recebe 30 picowatts de eletricidade e devolve mais que o dobro, 70 picowatts, na forma de luz, e a diferença de 40 picowatts sai do ambiente onde o LED está inserido!

Uma discussão interessante é qual a eficiência máxima que um LED como esse poderia ter. Ele efetivamente apresenta uma eficiência de cerca de 230%. Se ele fosse um “LED de Carnot” (agora até LED atribuimos ao Carnot que sequer sonhou com eles) e dado que encontrei na referência acima citada  a informação de que a temperatura do material utilizado deve ser elevada a 135 graus C, supondo que o ambiente se encontre a 20 graus C, a eficiência máxima possível não pode ultrapassar cerca de 330%. Caso alguém apresenta-se um LED, operando na faixa de temperatura considerada, com eficiência superior a 330%, então a Segunda Lei da Termodinâmica estaria violada.  Portanto, o LED referido não viola qualquer das duas Leis da Termodinâmica.

No meu entendimento a matéria da Superinteressante está mal feita  pois sugere que não há problema algum pois afinal 70 picowatts é quase nada. Se O LED violasse as Leis da Termodinâmica o problema existiria DE FATO ainda que a potência envolvida fosse pequena.

Finalmente, este LED é duplamente QUENTE 😉 , pois além de operar como uma BOMBA DE CALOR é possível DE FATO que ele irradie mais energia do que a quantidade de energia elétrica que lhe foi entregue.

“Docendo discimus.” (Sêneca)

Obrigado, professor Lang!

Abraço a todos,

Prof. Douglas Almeida

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