Termodinâmica: o que é, leis e mais!
Na Física existem diversas temáticas extremamente importantes para o entendimento da Terra e da Natureza. Dessa forma, várias delas são cobradas em concursos e vestibulares, como é o caso do Enem, e ocupam um papel central em muitas questões da disciplina.
No artigo de hoje vamos falar da Termodinâmica, explicando o que ela é, como são as suas leis e fórmulas. Quer saber mais? Então continue por aqui!
O que é termodinâmica?
A termodinâmica é o ramo da física que tem como objeto de estudo as causas e os efeitos nas alterações de temperatura, pressão e volume nos sistemas físicos, particularmente naqueles que ocorrem em escala macroscópica.
A história da termodinâmica tem início a partir de Otto Von Guericke que, nos idos do século XVII, projetou e construiu com sucesso a primeira bomba de vácuo do mundo. Além disso, foi também Guericke que conseguiu criar o primeiro vácuo artificial da história.
Após as descobertas de Guericke, o irlandês Robert Boyle, físico e químico, construiu uma bomba de ar em parceria com o inglês Robert Hooke. A partir de seus experimentos, os cientistas perceberam haver uma correlação entre as grandezas de pressão, temperatura e volume.
Seus estudos geraram a Lei de Boyle, que diz que pressão e volume são grandezas inversamente proporcionais. Com base nesses conceitos, o francês Denis Papin desenvolveu um forno à pressão, conhecido como marmita de Papin.
Em decorrência de tantos experimentos, a primeira máquina a vapor foi finalmente desenvolvida por Thomas Savery. Essas grandes máquinas chamaram, então, a atenção de Sadi Carnot, conhecido hoje como o pai da termodinâmica moderna.
Em 1824, Sarnot publica o trabalho “Reflexões sobre a Potência Motriz do Fogo“, texto considerado essencial para o desenvolvimento da termodinâmica como a conhecemos nos dias de hoje.
Leis da termodinâmica
O estudo da termodinâmica parte do que conhecemos como Leis da Termodinâmica, que dizem como a energia pode ser transferida de um sistema para outro sistema na forma de calor ou trabalho.
Essas Leis ainda são responsáveis por postular a existência de uma quantidade chamada de entropia, capaz de ser determinada para todo e qualquer sistema físico analisado.
Primeira Lei da Termodinâmica
A Primeira Lei da Termodinâmica faz relação com o princípio da conservação de energia. Isso significa que a energia em um sistema não pode ser criada ou mesmo destruída, mas apenas transformada.
Um exemplo seria uma pessoa usando uma bomba para encher um balão inflável. Nesse sentido, ela está usando força para inserir ar dentro do balão, de modo que sua energia cinética faz com que o pistão da bomba abaixe. Entretanto, parte da energia implicada na tarefa é transformada em calor e perdida para o meio.
Segunda Lei da Termodinâmica
Por sua vez, a Segunda Lei da Termodinâmica diz que as transferências de calor ocorrem, obrigatoriamente, do corpo mais quente para o corpo mais frio, de maneira espontânea.
O contrário, ou seja, o calor ser transferido do corpo mais frio para o corpo mais quente, não ocorre, o que significa dizer que todo e qualquer processo de transferência de energia térmica (calor) é irreversível.
Um objeto quente colocado na geladeira, por exemplo, perde seu calor para o ambiente (mais frio). Pela Segunda Lei da Termodinâmica, é impossível que o calor se converta completamente em outra forma de energia, de modo que consideramos o calor como uma forma degradada de energia.
Terceira Lei da Termodinâmica
Já a Terceira Lei da Termodinâmica surgiu como uma tentativa de estabelecer pontos de referência absolutos que determinem a entropia, essa baseada na Segunda Lei.
Proposta pelo físico Nernst, levou à conclusão de que era impossível que uma substância considerada pura, em temperatura zero, apresentasse uma entropia em valor aproximado a zero.
Dessa forma, a Terceira Lei da Termodinâmica é cercada de polêmica, sendo considerada por muitos cientistas e físicos como uma regra e, não necessariamente, uma lei.
Lei Zero da Termodinâmica
Por fim, a chamada Lei Zero da Termodinâmica diz respeito às condições para se obter o equilíbrio térmico, de modo que podemos citar a influência dos materiais que levam a uma condutividade térmica maior ou menor para o sistema.
Segundo a Lei Zero, podemos dizer que:
- se um corpo A se encontra em equilíbrio térmico, em contato com um corpo B, e;
- se tal corpo A está em equilíbrio térmico, em contato com um corpo C, logo;
- o corpo B encontra-se em equilíbrio térmico, em contato com o corpo C.
O equilíbrio térmico é atingido por meio da transferência de calor do corpo quente para o corpo mais frio. Essa lei é chamada de Lei Zero porque entendê-la é necessário para que tanto a primeira quanto a segunda lei existam e façam sentido.
Termodinâmica: fórmulas
A termodinâmica é regida por diversas fórmulas que se aplicam de acordo com o sistema e os materiais analisados. Entretanto, uma das mais conhecidas e utilizadas é a fórmula da Primeira Lei da Termodinâmica.
Segundo a Primeira Lei da Termodinâmica:
- Q = t + ΔU onde:
- Q = quantidade de calor;
- t = trabalho;
- ΔU = variação de energia interna.
Exercícios da termodinâmica
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Entender as relações de transferência de calor entre corpos e sistemas físicos é fundamental para compreender como a Termodinâmica funciona. Com grandes aplicações práticas, essa área de estudos da Física é uma das mais importantes da disciplina e, sem dúvidas, aparecerá nas principais provas e concursos de final de ano para quem quer concorrer a uma vaga no ensino superior.
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