Termodinâmica – Primeira e Segunda Aula
Autor: Douglas Vilela | Publicado: 2011-03-22T15:06:00-07:00

Conteúdo Abordado

1&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Princípio de Joule1.1&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Introdução1.2&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Trabalho1.3&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Calor1.4&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Conservação de Energia&nbsp; &nbsp;&nbsp;
Resumo 
1.1&nbsp; &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;Introdução
&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Fenomenos térmicos são eventos à nossa volta diariamente e por isso fazem parte da nossa experiência comum. Sentimos as alterações da temperatura aambiente ao longo do dia e percebemos as mudanças climáticas, causadas pelass variações de pressão e termperatura atmosféricas. &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Reparamos que o fogo é a manifestação mais notável dos processos térmicos cotidianos. Aprendemos que ele pode ser usado para esquentar a água e fazê-la entrar em ebulição e descobrimos sua enorme potencialidade para gerar movimento e trabalho útil.
1.1.1&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Equilíbrio termodinâmico
&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; O equilíbrio termodinâmico de um sistema abrange o equilíbrio térmico e outras formas de equilíbrio, que dependem do tipo de sistema termodinâmico em estudo. Um sistema mecânico em equilíbrio termodinâmico encontra-se em equilíbrio térmico e em equilíbrio mecânico.&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Quando um corpo quente é colocado em contato com um corpo frio, estabelece-se um fluxo de calor do primeiro para o segundo até o instante em que eles atingem uma situação em que o fluxo cessa. A partir de sse instante os dois corposestão em equilíbrio térmico. O equilíbrio térmico pode ser verificado por meio da medida da temperatura dos corpos. Se os dois corpos tiverem a mesma temperatura eles encontram em equilíbrio térmico. Se diversos corpos estiverem em contato térmico entre si eles estarão em equilíbrio térmico se todos estiverem a mesma temperatura.
1.1.2&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Processo termodinâmico
&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Se um sistema temm seu estado termodinâmico modificado dizemos que ele sofre um processo termodinâmico. No estudo da termodinêmica de equilíbrio nos interessa particularmente os processos cujos estados inicial e final sejam estados de equilíbrio termodinâmico.&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Por exemplo, um gás pode ter seu estado termodinâmico modificado de diversas maneiras dependeendo do tipo de parede que delimita o recipiente que encerra o gás. Se as paredes forem rígidas mas permitirem a troca de calor, paredes diatérmicas, o estado do gás poderá ser modificado simplesmente pelo contato do recipiente mais quente. Nesse caso, o gás recebe calor e sua pressão aumenta, enquanto o volume permanece inalterado. Se, por outro lado, as paredes do recipiente não permitirem a troca de calor, paredes adiabáticas, mas forem móveis, o estado poderá ser modificado pelo movimento das paredes. Uma compressão diminuirá o volume do gás aumentado a sua pressão. Se as paredes, além de rígidas, forem adiabáticas, então o gás estará totalmente isolado do exterior e seu estado não será modificado.&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; No entanto, se imaginarmos agora que a pertubação seja muito pequena então o estado de equilíbrio logo após cada pertubação será muito próximo do estado perturbado de modo que o intervalo de tempo entre duas perturbações poderá ser reduzido. No limite em que as perturbações sejam arbitrariamente pequenas e o número delas infinitamente grande, os estados de equilíbrio sucessivos formarão uma sequência contínua o que define um processo termodinâmico quase-estáticos têm um papel fundamental na termodinâmica de equilíbrio. Um exemplo de processo quase-estático que tenho a mente agora é o processo de envelhecimento do ser humano. Existe mas esse acontece bem devagar.
1.2&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Trabalho
&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; O trabalho realizado num processo termodinâmico pode ocorrer de várias formas: Processo Adiabático, Isocórico, Isotérmico e Isobárico. Sendo que em todos os processos o trabalho respeita a primeira lei da termodinâmica que vamos explorar melhor no item 1.4.&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Processo Adiabático: Não há transferência de calor nem para dentro nem para fora do sistema: Então temos Q = 0 ; (Ufinal - Uinicial = ΔU = -W processo adiabático).&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Expansão adiabática: W &gt; 0 então o sistema realiza trabalho sobre as vizinhanças ΔU &lt; 0 então a energia interna diminui.&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Compressão adiabática: W &lt; 0 -&gt; o trabalho é realizado sobre o sistema pelas vizinhanças ΔU &gt; 0 energia interna aumenta.
&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Isocórico: É quando o volume de um sistema termodinâmico permanece constante, ele não realiza trabalho na vizinhança. W = 0. Assim temos que ΔU = Q, ou seja, toda a energia adicionada ao sistema sob forma de calor permanece no interior contribuindo para o aumento da energia interna.&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Isobárico: É quando a pressão de um sistema termodinâmico permanece constante. Em geral, nenhum das três grandezas W, Q , U é igual a zero, entretanto o cálculo é fácil. W = P(Vfinal – Vinicial).
&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Isotérmica: É um processo com temperatura constante. Para que ele ocorra é necessário que a transferência&nbsp; de calor para dentro ou para fora do sistema seja suficientemente lenta, possibilitando que o sistema permaneça em equilíbrio térmico. Em geral igual a zero.&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 
1.3&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Calor
&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Ao colocarmos um corpo em contato com um outro mais quente, haverá transferência de calor do segundo para o primeiro. Entretanto, nesse procedimento não saberemos quanto calor é transferido de um corpo ao outro. Para transferir uma determinada quantidade de calor a um sistema a outro é necessário uma medição e aí surgiu a grande idéia de Joule.&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Veja aqui o experimento por ele realizado.O calor possui a mesma unidade de medida que o trabalho. No SI – Sistema Internacional ambos são medidos em Joules (J). Uma outra medida para o calor muito usada, mas não pertence ao SI é a caloria (cal), definida como a quantidade de calor necessário para elevar a temperatura de um grama de água de um grau Celsius. &nbsp;
1.5&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Princípio da conservação da energia
&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; O princípio de Joule, ou princípio da conservação da energia, afirma que a energia de um estado de equilíbrio independe do processo utilizado para atingí-lo. Essa afirmação também constitui a primeira lei da termodinâmica. Apesar de parecer bastante evidente que o trabalho se transforme em calor, por exemplo, por atrito, não se pode concluir que o trabalho dissipado produza sempre a mesma quantidade de calor. É necessário verificar experimentalmente tal lei, que se resume na determinação do equivalente mecânico do calor.