Termodinâmica

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Termodinâmica
O que é um sistema
termodinâmico ?

Em termodinâmica, um sistema termodinâmico,
originalmente chamado uma substância de trabalho, é
definido como a parte do universo que está sob
consideração. Qualquer coisa em questão é chamado de
sistema. Uma fronteira hipotética sistema do resto do
universo, que é referido como o ambiente, a vizinhança ou
reservatório. Uma classificação útil dos sistema
termodinâmicos é baseada na natureza da fronteira e as
grandezas que fluem através dele,
como matéria, energia, trabalho, calor e entropia. Um
sistema pode ser qualquer coisa, por exemplo, um pistão,
uma solução em um tubo de ensaio, um organismo vivo,
um circuito elétrico, um planeta, etc.
Fronteiras de um sistema
Termodinâmico
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Fronteiras Adiabáticas: não deixam passar
calor entre sistema e vizinhanças. Uma
garrafa térmica, em rude aproximação, é
uma fronteira adiabática.
Fronteiras Diatérmicas: deixam o calor passar
entre sistema e vizinhanças. Um erlenmeyer,
por exemplo, é uma fronteira diatérmica.
Fronteiras Permeáveis: deixam matéria (e
calor) passar entre o sistema e vizinhanças. A
pele humana é um bom exemplo.
Processos Termodinâmicos
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Processo Isobárico: ocorre a p constante
Processo Isocórico (isométrico ou
isovolumétrico): ocorre a V constante
Processo Isotérmico: ocorre a T constante
Processo Isentrópico: ocorre a S constante
Processo Isentálpico: ocorre a H constante
Processo Adiabático: sem ganho ou perda
de calor.
História da Termodinâmica

A termodinâmica é o ramo da Física que estuda as causas
e os efeitos de mudanças
na temperatura, pressão e volume - e de outras grandezas
termodinâmicas fundamentais em casos menos gerais em sistemas físicos em escala macroscópica. Grosso
modo, calor significa "energia" em trânsito, e dinâmica se
relaciona com "movimento". Por isso, em essência, a
termodinâmica estuda o movimento da energia e como a
energia cria movimento. Historicamente, a termodinâmica
se desenvolveu pela necessidade de aumentar-se a
eficiência das primeiras máquinas a vapor, sendo em
essência uma ciência experimental, que diz respeito
apenas a propriedades macroscópicas ou de grande
escala da matéria e energia
Temperatura
A
Temperatura é um parâmetro físico
vulgarmente associado às sensações de
frio e calor que sentimos. Porém, trata-se
de uma grandeza física que mensura a
energia cinética média e o grau de
liberdade de cada partícula em um
sistema em equilíbrio térmico.
Pressão e volume

Pressão - A pressão de um gás ocorre quando as
moléculas se chocam com a parede do recipiente.
Ela é considerada a consequência dessa colisão.
Ela é considerada também uma grandeza escalar,
ou seja, ela é a razão que fica entre a intensidade
da força resultante e a área da superfície.

Volume - Em relação aos gases, devemos saber que
estes não possuem volume, e nem forma própria.
Porém, quando falamos do volume de um gás,
devemos ter em mente que o volume dele na certa
é o volume do recipiente que ele ocupa.
Energia Interna

De forma direta, energia interna é uma grandeza
termodinâmica que mensura o conteúdo total de energia
encerrado pelas fronteiras que definem um sistema
termodinâmico. Refere-se pois à energia total associada
apenas aos constituintes do sistema em si. A energia
interna não leva em consideração a energia
eventualmente armazenada em interações do sistema
com sua vizinhança.

Em mecânica clássica, havendo ausência de forças
dissipativas - em ausência de trocas de energia na forma
de calor - a energia mecânica desempenha nos
problemas mecânicos correlatos papel similar ao da
energia interna nos problemas termodinâmicos: ambas se
conservam em sistemas isolados.
MECANISMOS DE
TRANSFERÊNCIA DE CALOR

Há três mecanismos conhecidos para transferência de calor: radiação,
condução e convecção (Fig. 2.13).

Como vimos, a radiação consiste de ondas eletromagnéticas viajando
com a velocidade da luz. Como a radiação é a única que pode ocorrer no
espaço vazio, esta é a principal forma pela qual o sistema Terra-Atmosfera
recebe energia do Sol e libera energia para o espaço.

A condução ocorre dentro de uma substância ou entre substâncias que
estão em contato físico direto. Na condução a energia cinética dos átomos
e moléculas (isto é, o calor) é transferida por colisões entre átomos e
moléculas vizinhas. O calor flui das temperaturas mais altas (moléculas com
maior energia cinética) para as temperaturas mais baixas (moléculas com
menor energia cinética). A capacidade das substâncias para conduzir calor
(condutividade) varia consideravelmente. Via de regra, sólidos são melhores
condutores que líquidos e líquidos são melhores condutores que gases.
Condutores e Isolantes
Térmicos

O que determina se um material será bom ou mau condutor
térmico são as ligações em sua estrutura atômica ou molecular.
Assim, os metais são excelentes condutores de calor devido ao
fato de possuírem os elétrones mais externos "fracamente" ligados,
tornando-se livres para transportar energia por meio de colisões
através do metal. Por outro lado temos que materiais como lã,
madeira, vidro, papel são maus condutores de calor (isolantes
térmicos), pois, os elétrones mais externos de seus átomos estão
firmemente ligados.
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Os líquidos e gases, em geral, são maus condutores de calor. O ar,
por exemplo, é um ótimo isolante térmico. Por este motivo quando
você põe sua mão em um forno quente, não se queima.
Entretanto, ao tocar numa forma de metal dentro dele você se
queimaria, pois, a forma metálica conduz o calor rapidamente.
Lei Zero da Termodinâmica

Por definição, dois corpos possuem a mesma temperatura
se estiverem em equilíbrio térmico entre si. A Lei Zero da
termodinâmica, permite, também, definir uma escala de
temperatura, como por exemplo, as escalas de
temperatura Celsius e Fahrenheit.

A escala de temperatura Celsius define a temperatura de
solidificação da água, formando gelo, como sendo zero
graus Celsius (0°C) e a de ebulição da água a partir do
estado líquido como sendo 100°C, quando submetidos à
pressão de 1 atmosfera. Já a escala Fahrenheit, define a
temperatura do gelo como 32°F e a do vapor como 212°F,
quando submetidos à pressão de 1 atmosfera.
Primeira Lei da
Termodinâmica

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A primeira lei da termodinâmica é a lei de conservação da energia. Nela
observamos a equivalência entre trabalho e calor. Esta lei enuncia que a
energia total transferida para um sistema é igual à variação da sua energia
interna.
A expressão matemática que traduz esta lei para um sistema não-isolado é:

onde Q representa troca de calor, W a realização de trabalho (sendo
respectivamente positivos quando o sistema recebe calor ou nele é
realizado trabalho, negativos do contrário) e R a emissão ou absorção de
radiação. Podemos simplificar dizendo que existe uma função (energia
interna) cuja variação durante uma transformação depende unicamente de
dois estados, o inicial e o final. Num sistema fechado a indicação desta
variação é dada como:

Onde e são, respectivamente, o calor e o trabalho trocados entre o sistema
e o meio. As quantidades e são expressas algebricamente, sendo positivas
quando expressam energia recebida pelo sistema. A quantidade é nula pois,
em sistema fechado, não se verificam absorções nem emissões de radiação.
Segunda Lei da
Termodinâmica

A segunda lei da termodinâmica ou segundo princípio da
termodinâmica expressa, de uma forma concisa, que "A
quantidade de entropia de qualquer sistema isolado
Termo dinamicamente tende a incrementar-se com o
tempo, até alcançar um valor máximo". Mais
sensivelmente, quando uma parte de um sistema fechado
interage com outra parte, a energia tende a dividir-se por
igual, até que o sistema alcance um equilíbrio térmico.

Enquanto a primeira lei da termodinâmica estabelece a
conservação de energia em qualquer transformação, a
segunda lei estabelece condições para que as
transformações termodinâmicas possam ocorrer.
Termodinâmica
Fim !

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