Estudam a transferência de calor e trabalho
A Termodinâmica surgiu, oficialmente, no início do século XIX, mas já haviam estudos a respeito do assunto antes do século XVIII. Esse ramo da física foi criada durante a Revolução Industrial, com o objetivo de desenvolver máquinas a vapor mais eficientes. As Leis da Termodinâmica estudam os sistemas em que há trocas de energia e como esse calor altera os estados de temperatura, pressão e volume em um processo físico.
A Termodinâmica foi criada em 1824, com Sardi Carnot, que publicou "Reflexões sobre a Potência Motriz do Fogo", que trouxe as relações energéticas básicas entre a Máquina de Carnot, o Ciclo de Carnot e a Potência Motriz. Antes disso, Joseph Black fundou a ciência da calorimetria, ramo da termologia responsável pelo estudo das trocas de energia térmicas entre os corpos.
Leis da Termodinâmica
Existem quatro Leis da Termodinâmica: Lei Zero (associada ao conceito de temperatura), Primeira Lei (relacionada ao conceito de energia), Segunda Lei (associada ao conceito de entropia) e a Terceira Lei (relacionada ao limite constante da entropia quando a temperatura Kelvin se aproxima de zero).
Lei Zero da Termodinâmica
A Lei Zero indica as condições para o equilíbrio térmico. Essa lei afirma que se dois corpos A e B estão separadamente em equilíbrio térmico com um terceiro corpo C, então A e B estão em equilíbrio térmico entre si. Desse modo, quando dois corpos com temperaturas diferentes entram em contato, o corpo que estiver mais quente transfere calor para o que estiver mais frio. Assim, as temperaturas de ambos se igualam fazendo com que ocorra o equilíbrio térmico.
Além disso, permite a definição de uma escala de temperatura em Celsius, Fahrenheit, Kelvin, Réaumur, Rankine, Newton e Leiden. De acordo com essa lei, entre as condições para o equilíbrios térmico está a influência dos materiais que tornam a condutividade térmica maior ou menor.
Primeira Lei da Termodinâmica
É uma das Leis da Termodinâmica mais conhecida. Foi desenvolvida por James P. Joule, afirma que é possível elevar a temperatura de um sistema pela adição de calor (energia térmica), mas também efetuando-se trabalho sobre ele. Ele realizou uma experiência em que consistia na suspensão de dois corpos pesados, por meio da carretilha, e depois liberá-la.
Os corpos, atraídos pela terra, caíam, fazendo a carretilha girar. Esse movimento se transmitia à haste metálica e dessa maneira as pás giravam no interior da água. Como consequência do movimento das pás a temperatura do líquido se elevava, o que era indicado pelo termômetro.
Joule pode calcular, através da experiência, a quantidade de energia que, fornecida à água,
era responsável pela elevação da temperatura. (Foto: Wikipédia)
Segunda Lei da Termodinâmica
Desenvolvida por Rudolf Clausius, a Segunda Lei estabelece condições para que as transformações termodinâmicas ocorram. Ela diz que para um sistema realizar conversões de calor em trabalho, ele precisa realizar ciclos entres fontes de calor quente e fria de forma sucessiva. Assim, ocorre a transformação de calor em trabalho por um processo cíclico.
Essa lei se baseia nos enunciados:
• Enunciado de Kelvin: é impossível a construção de uma máquina que, operando em um ciclo termodinâmico, converta toda a quantidade de calor recebido em trabalho;
• Enunciado de Clausius: o calor não pode fluir, de forma espontânea, de um corpo de temperatura menor, para um outro corpo de temperatura mais alta;
• Enunciado pela Entropia: essa lei também se baseia no conceito de entropia (é a medida de grau de desordem de um sistema). A entropia de um sistema isolado não se altera, pois esse sistema não troca energia e nem matéria com a vizinhança.
Terceira Lei da Termodinâmica
A terceira lei diz que, quando um sistema se aproxima da temperatura do zero absoluto, cessam todos os processos, e a entropia assume um valor mínimo.
Essa lei surgiu dos estudos de MX Planck e Walther Nernst, que mesmo trabalhando de forma distinta, tentaram estabelecer princípios físicos que se tornassem a terceira lei da termodinâmica. Isso ocorreu durante os anos de 1906 e 1912, depois de já haver amplo conhecimento das duas primeiras leis.