Com o avanço da tecnologia durante a revolução industrial, houve a necessidade de se estudar energia, especificamente a relação entre a energia e a física mecânica, para que assim as máquinas pudessem ser aprimoradas, surge ai um novo conceito, uma nova ciência que chamamos de termodinâmica.
A termodinâmica estuda tudo que envolve energia, calor, temperatura, trabalho, e todas as transformações que são relacionadas com energia. Uma das principais vertentes da termodinâmica é o calor envolvida com trabalho mecânico, e foi esse estudo que possibilitou a criação dos primeiros maquinários a vapor e motores de combustão da história.
Principais conceitos:
Sistema termodinâmico
O conceito de sistema termodinâmico define como determinado espaço ou parte da matéria, que possuem grandezas termodinâmicas, ou seja, medidas, pressão, volume e temperatura. Nesse tipo de sistema pode haver vários tipos de matéria que se relacionam, eles ainda podem ser considerados como uma sistema fechado, aberto ou isolado.
Sistema aberto: há transferência de massa e energia
Sistema fechado: há somente transmissão de calor
Sistema isolado: não existe troca
Abaixo a imagem ilustra de forma lúdica como seria esses sistemas:
Estado termodinâmico
Quem define o estado termodinâmico são as grandezas especificas que ditam as condições eficientes para que esse sistema ocorra. Em sistemas termodinâmicos simples apenas duas grandezas geralmente são apontadas, temperatura e pressão. O processo termodinâmico acontece quando há uma mudança de estado, ou seja, quando um sistema passa de um estado termodinâmico para um outro.
Equilíbrio termodinâmico
O equilíbrio termodinâmico acontece quando um sistema permanece por um certo tempo num mesmo estado, ou seja, sem nenhuma mudança de grandezas que possam ser notadas, ou seja, não existe troca de massa ou energia. Para ocorrer um equilíbrio termodinâmico é necessário também haver equilíbrio químico, mecânico e térmico, sendo assim, sem nenhuma interferência externa.
Temperatura
Temperatura tem relação com a energia cinética dos átomos envolvidos no sistema, e quanto maior for a velocidade das partículas, maior será a temperatura.
Calor
Basicamente calor é a troca de energia, principalmente em sistemas de temperaturas diferentes. Existem meios de troca de calor, que chamamos de convecção, condução e irradiação:
fonte: Conexão Escola, prefeitura de Goiânia. Ciências da Natureza – CONDUÇÃO, CONVECÇÃO E IRRADIAÇÃO: COMO DIFERENCIÁ-LAS?
Podemos nos referir a medida do calor, como calorias que se refere o quanto de energia em relação a 1g de água, para que sua temperatura aumente cerca de 1°C , percorrendo entre 14,5ºC e 15,5ºC, sobre uma pressão contante de 1 atm ,ou também podemos referir simplesmente como joules.
Energia Interna
Refere-se a soma da energia cinética de um determinado corpo, ou seja, a energia interna está ligada a temperatura média de um corpo, relacionando-se principalmente com a agitação das moléculas desse corpo.
Leis da termodinâmica
Lei Zero: pode ser referida também como lei do equilíbrio térmico, afirma que se dois corpos ficam por determinado tempo em contato, suas temperaturas se transformam, ficando iguais.
Ou seja, o corpo quente transfere energia para o corpo frio, gerando assim o equilíbrio térmico.
Primeira lei: É conhecida como a lei de conservação de energia, ela diz que a energia não pode ser destruída, e sim transformada ,sendo assim as transferências de energia somente sofrem uma variação de energia.
Expressão:
Segunda lei: Ela afirma que sempre o corpo mais quente que transfere espontaneamente calor para o mais frio ,o inverso não ocorre, ou seja as transferências de energias térmicas são processos irreversíveis, que gera uma grande entropia nos sistemas relacionados, ou sendo assim, causa uma desordem.
Expressão:
onde:
ΔS – variação de entropia
ΔQ – transferência de calor
TISOT – temperatura isotérmica
Terceira lei: Ela afirma que os átomos expostos ao zero absoluto (-273,15 ºC) permaneceriam parados, sendo assim, esse valor é intangível e inalcançável, pois viola as leis estabelecidas na mecânica quântica. Muitos físicos desconsideram essa lei, colocando o a como uma regra, pois sua afirmação é controversa.
Outras fórmulas da Termodinâmica
Calor sensível: é usada para representar a quantidade de calor que é tranferida de um corpo a certa temperatura:
Calor latente: é usada para medir a quantidade correta de calor para que haja mudança de estado fisíco:
Conversão de temperaturas: é usada para converter as escalas de temperatura, celsius, fahrenheit e kelvin:
Equação de Clapeyron: relaciona-se com a leis dos gases e as grandezas, volume, pressão, e temperatura associando a quantidade de mols dos gases ideias:
Lei geral dos gases: essa lei diz que, o produto ente pressão e volume, se dividido pela pela temperatura termodinâmica é sempre constante:
Rendimento da máquina de Carnot: relaciona-se exclusivamente com as temperaturas das fontes quentes e frias:
Trabalho termodinâmico na transformação isobárica: a relação da pressão e a variação da de volume do produto, pode definir os trabalhos recebidos e realizados:
Energia interna do gás monoatômico ideal e do gás diatômico:
REFERENCIAS:
Termodinâmica-MUNDO EDUCAÇÂO UOL,<disponivel em: https://mundoeducacao.uol.com.br/fisica/termodinamica.htm
Ciências da Natureza – CONDUÇÃO, CONVECÇÃO E IRRADIAÇÃO: COMO DIFERENCIÁ-LAS? <disponivel em: https://sme.goiania.go.gov.br/conexaoescola/ensino_fundamental/conducao-conveccao-e-irradiacao-como-diferencia-las/
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