A Termodinâmica estuda a troca de matéria e a troca de energia pelo trabalho e pelo calor entre sistemas ou entre um sistema e sua vizinhança. Trabalha com os estados de equilíbrio e com as propriedades macroscópicas que caracterizam os sistemas.
É estruturada por quatro leis: lei zero, associada ao conceito de temperatura, primeira lei, associada ao conceito de energia, segunda lei, associada ao conceito de entropia, e terceira lei, também chamada de postulado de Nernst, associada ao limite constante da entropia quando a temperatura Kelvin se aproxima de zero.
Lei Zero
A lei zero da Termodinâmica estabelece o seguinte: dois sistemas em equilíbrio térmico com um terceiro estão em equilíbrio térmico ente si. Esta lei justifica o conceito de temperatura como sendo a propriedade que, sendo igual para dois sistemas, indica que estão em equilíbrio térmico. Em termos práticos, para saber se dois sistemas têm a mesma temperatura não é necessário colocá-los em contato térmico entre si, bastando verificar se ambos estão em equilíbrio térmico com um terceiro corpo, chamado termômetro.
Primeira Lei
A primeira lei da Termodinâmica estabelece o seguinte: se um sistema troca energia com a vizinhança por calor e por trabalho, então a variação da sua energia interna é dada por:
ΔU = Q − W
-
Quanto ao calor (Q):
Se o calor trocado com o meio for maior do que 0, o sistema recebe calor.
Se o calor trocado com o meio for menor do que 0, o sistema perde calor.
Se não há troca de calor com o meio, ou seja, se ele é igual a 0, o sistema não recebe nem perde calor.
Quanto ao trabalho (τ):
Se o trabalho é maior do que 0, o volume de algo exposto ao calor é expandido.
Se o trabalho é menor do que 0, o volume de algo exposto ao calor é reduzido.
Se não há trabalho, ou seja, se ele é igual a 0, o volume de algo exposto ao calor é constante.
Quanto à variação de energia interna (ΔU):
Se a variação de energia interna é maior do que 0, há aumento de temperatura.
Se a variação de energia interna é menor do que 0, há diminuição de temperatura.
Se não há variação de energia interna, ou seja, se ela é igual a 0, a temperatura é constante.
Temperatura
Temperatura é a grandeza física que mede o grau de agitação térmica, ou energia cinética, translacional, rotacional e vibracional dos átomos e moléculas que constituem um corpo. Quanto maior for a agitação das moléculas, maior será a sua temperatura.
Escalas Temométricas
As escalas termométricas são compostas por valores arbitrários selecionados com base nos pontos de fusão e ebulição da água. Elas são usadas para medir o grau de agitação molecular de um sistema, ou seja, para estabelecer valores de temperatura. No início dos estudos da Termologia, cada cientista criava sua escala para realizar seus estudos, portanto existiam muitas escalas termométricas. Atualmente, as mais utilizadas são: Celsius, Fahrenheit e Kelvin.
Escala Celsius (ºC)
A escala Celsius foi criada no século XVIII pelo astrônomo e físico sueco Anders Celsius. Inicialmente denominada escala centígrada, ela apresenta cem intervalos entre os pontos de fusão e de ebulição da água.
-
Escala Fahrenheit (ºF)
A escala Fahrenheit foi criada também no século XVIII pelo engenheiro e físico Daniel Gabriel Fahrenheit, cientista que inventou o termômetro de mercúrio.
Essa escala foi criada utilizando como referências a temperatura de uma mistura de gelo e cloreto de amônia (0 °F) e a temperatura normal do corpo humano (100 °F).
-
Escala Kelvin (K)
A escala Kelvin foi criada no século XIX pelo físico e engenheiro britânico nascido na Irlanda, ele acreditava na importância de existir uma escala termométrica que atribuísse um zero absoluto, ou seja, uma temperatura em que qualquer partícula está no menor grau de agitação possível. A partir de estudos, cálculos e extrapolações gráficas, ele encontrou que essa temperatura ocorria a aproximadamente -273ºC, e atribuiu a esse ponto o 0K.
-
Dilatação Térmica
Dilatação Térmica é a variação que ocorre nas dimensões de um corpo quando submetido a uma variação de temperatura.
A dilatação linear leva em consideração a dilatação sofrida por um corpo apenas em uma das suas dimensões.
ΔL = L0.α.Δθ
ΔL = Variação do comprimento (m ou cm)
L0 = Comprimento inicial (m ou cm)
α = Coeficiente de dilatação linear (ºC-1)
Δθ = Variação de temperatura (ºC)
-
-
-
