Fundamentos da Termodinâmica: Leis, Sistemas e Calor

As Duas Leis Fundamentais da Termodinâmica

1. Energia não pode ser criada ou destruída, mas somente convertida de uma forma em outra (Conservação da Energia).
2. Energia, espontaneamente, sempre se desloca de níveis mais altos para níveis mais baixos de energia.

Primeira Lei da Termodinâmica

• Toda transformação de energia vem acompanhada de produção de energia térmica (calor).
• Qualquer forma de energia ou trabalho pode ser totalmente convertida em calor.
• Calor não pode ser totalmente convertido em trabalho ou em outra forma de energia.
• Em todas essas transformações e processos, a soma total de energia é sempre constante, ou seja, a energia do universo é constante.

Segunda Lei da Termodinâmica

• É possível, com a realização de trabalho, transferir energia de nível mais baixo para nível mais alto.
• Todo sistema que realizou trabalho tem sua energia diminuída.
• Se a quantidade de energia é constante, é forçoso concluir que, a cada mudança, a qualidade de energia piora, surgindo uma espécie de energia degradada, incapaz de realizar trabalho (Entropia).

Parâmetros Termodinâmicos

• Sistema: Porção definida do espaço.
• Entorno: Tudo que envolve o sistema e com ele se relaciona.
• Potencial (Composição Química): Depende da altura do sistema no campo gravitacional.
• Cinética (Conteúdo de Calor): Depende da velocidade de deslocamento do sistema no espaço.

Conceitos Fundamentais

Força

Agente físico capaz de alterar o estado de repouso ou de movimento uniforme de um corpo.

Vetor

Representa uma grandeza que, para ser especificada completamente, necessita de três informações: Módulo (Grandeza), Direção e Sentido.

É representado por uma seta em que o comprimento representa o valor numérico do módulo (ex: velocidade, distância), a direção é sempre paralela à linha representando o vetor e o sentido é aquele definido pela seta.

Calor e Temperatura

Conceitue:

1. Calor: É a energia térmica que passa de um corpo com maior temperatura para outro com menor temperatura. Quando não há diferença de temperatura entre dois corpos, não existe calor.
2. Temperatura: É uma grandeza física que está associada ao estado de movimentação ou agitação das moléculas. Quanto mais quente está o corpo, maior é a agitação molecular e quanto mais frio, menor a agitação.

Sistemas Termodinâmicos

Sabendo que sistema termodinâmico é qualquer coleção de objetos que tem potencial de trocar calor com o ambiente, conceitue e exemplifique:

• Sistema Aberto: Onde se verificam trocas de energia e de matéria com o meio envolvente.
• Sistema Fechado: Onde ocorrem apenas transferências de energia.
• Sistema Isolado: Em que não há permutas de energia nem de matéria.

Exemplos de Sistemas

• Aberto: Garrafa aberta, um buraco na terra, copo com água.
• Isolado: Uma garrafa térmica fechada, um calorímetro fechado.
• Fechado: Garrafa fechada, uma bola de vidro sem aberturas.

Mecanismos de Transferência de Calor

Defina condução, irradiação e convecção. Cite um exemplo para cada um.

Condução

É o método de transferir calor de um lugar para o outro, onde o movimento de átomos e moléculas passa de um para o próximo. (Ex: Gelo).

Convecção

As próprias moléculas se movem, transferindo energia térmica, como acontece com líquidos e gases. (Ex: Forno de convecção).

Irradiação

É a conversão da energia térmica em radiação eletromagnética. A quantidade de radiação produzida depende da temperatura do objeto. O comprimento de onda também dependerá da temperatura do objeto, de modo que temperaturas mais altas produzem comprimentos de ondas menores e com mais energia. (Ex: Infravermelho).