Estudo dos mecanismos de transferência de energia térmica
A termodinâmica é a área da termologia que analisa os processos de troca de calor, observando as variações da temperatura, da pressão e do volume e como elas interferem nos sistemas físicos.
A palavra termodinâmica vem do grego therme que significa calor + dynamis que significa movimento. Essa área da física tem como base as Leis da Termodinâmica. De acordo com essas leis, é possível transferir energia de um sistema para outro na forma de calor ou de trabalho.
Os estudos da área de termodinâmica foram desenvolvidos a partir da necessidade da criação e do aumento da eficiência das primeiras máquinas a vapor. O pioneiro de estudos dessa área foi Otto Von Guericke.
A termodinâmica foi responsável pelo desenvolvimento da criação das primeiras máquinas a vapor. (Foto: Pixabay)
Para uma compreensão melhor da termodinâmica, faz-se necessário definir alguns conceitos importantes como sistema termodinâmico, estado de sistema e processo.
Sistema termodinâmico - Trata-se de um espaço ou região definido por limites reais ou imaginários, utilizado para delimitar o estudo da energia e suas transformações. O tamanho do sistema pode variar como, por exemplo, um sistema de refrigeração de um refrigerador ou de ar condicionado, que é um sistema maior; ou o sistema de gás que ocupa o espaço do cilindro em um compressor, que é um sistema pequeno.
O sistema termodinâmico também se classifica em fechado ou aberto. No sistema fechado apenas a energia transpõe os limites do sistema, já no sistema aberto, tanto a energia quanto uma quantidade de matéria pode transpor seus limites.
Estado de um sistema – é o conjunto de propriedades físicas do sistema, como a temperatura, pressão, volume, massa, entropia. O estado de um sistema é uma condição que ocorre a depender do momento. O estado de um sistema só pode ser descrito a partir do momento em que suas propriedades estejam imutáveis, ou seja, enquanto houver equilíbrio.
Processo - Um processo é o caminho que um sistema faz para percorrer consecutivos estados termodinâmicos. Entre os diferentes tipos de processo está o processo do quase-equilíbrio. Esse processo é aquele em que o desvio do equilíbrio termodinâmico é infinitamente pequeno e todos os estados pelo qual o sistema passa a ser considerado como estados de equilíbrio.
Leis da termodinâmica
As leis da termodinâmica definem suas grandezas físicas como temperatura; entropia e trabalho. Elas são divididas em: Lei Zero, Primeira Lei, Segunda Lei e Terceira Lei.
Lei Zero da Termodinâmica
A Lei Zero da Termodinâmica trata sobre as condições para o equilíbrio térmico. Essa lei afirma que se dois corpos estão separadamente em equilíbrio térmico com um terceiro corpo, consequentemente, os dois primeiros estarão em equilíbrio térmico entre si.
Essa lei explica que quando dois corpos com temperaturas diferentes entram em contato, o corpo mais quente tende a transferir calor para o corpo mais frio. Isso ocorre para que as temperaturas de ambos se igualem e eles cheguem ao equilíbrio térmico.
De acordo com a Lei Zero, entre as condições para o equilíbrios térmico está a influência dos materiais que interferem na condutividade térmica. A escala de temperatura permitida pela Lei Zero é medida em Celsius, Fahrenheit, Kelvin, Réaumur, Rankine, Newton e Leiden.
Primeira Lei da Termodinâmica
A Primeira Lei da Termodinâmica está relacionada à lei de conservação da energia. De acordo com essa leia, a variação da energia interna de um sistema pode ser expressa pela diferença entre o calor trocado com o meio externo e o trabalho realizado por ele durante a transformação.
Ela estuda algumas transformações termodinâmicas:
Transformação isobárica – aquela transformação na qual a pressão é constante e somente o volume e a temperatura variam.
Transformação isotérmica – aquela transformação onde a pressão e o volume sofrem variação e a temperatura se mantém constante.
Transformação isovolumétrica – aquela transformação em que o volume é constante e somente a pressão e a temperatura variam.
Transformação adiabática – transformação gasosa em que o gás não troca calor com o meio externo.
Segunda Lei da Termodinâmica
A Segunda Lei da Termodinâmica define as condições para a ocorrência das transformações termodinâmicas. Segundo essa lei, o sistema precisa realizar ciclos entres fontes de calor quente e fria de forma sucessiva para que possa realizar conversões de calor em trabalho.
Terceira Lei da Termodinâmica
A Terceira Lei Termodinâmica trata da entropia. De acordo com essa lei, quando um sistema se encontra em equilíbrio termodinâmico, a sua entropia está próxima de zero.