É o termo usado para abranger a série de estudos e experimentos que são realizados sob as leis da física, que analisam em detalhes o equilíbrio dos elementos terrestres, bem como como o calor e a energia afetam a vida no planeta e na materiais que o compõem. A partir disso, foi possível criar diferentes máquinas que auxiliam nos processos industriais. A palavra vem das palavras gregas θερμο e δύναμις, que significam “térmico” e “calor.
O que é termodinâmica
Tabela de conteúdos
A definição de termodinâmica indica que é a ciência que trata especificamente das leis que regem a transformação da energia térmica em energia mecânica e vice-versa. É baseado em três princípios fundamentais e tem implicações filosóficas óbvias e também permite a formulação de conceitos que estão entre os mais abrangentes da física.
Dentro disso, são utilizados diferentes métodos de investigação e apreciação dos objetos requeridos, como magnitudes extensas e não extensas. O extenso estuda a energia interna, a composição ou volume molar e o segundo, por sua vez, estuda a pressão, temperatura e potencial químico; mesmo assim, outras magnitudes são usadas para análises precisas.
O que a termodinâmica estuda
A termodinâmica estuda as trocas de energia térmica entre sistemas e os fenômenos mecânicos e químicos que essas trocas implicam. De forma particular, é responsável por estudar os fenômenos em que há transformação de energia mecânica em energia térmica ou vice-versa, fenômenos que são chamados de transformações termodinâmicas.
É considerada uma ciência fenomenológica, uma vez que se concentra nos estudos macroscópicos de objetos e outros. Da mesma forma, faz uso de outras ciências para poder explicar os fenômenos que busca identificar em seus objetos de análise, como a mecânica estatística. Os sistemas termodinâmicos usam algumas equações que ajudam a misturar suas propriedades.
Entre seus princípios básicos está o da energia, que pode ser transferida de um corpo para outro, por meio do calor. É aplicado em diversas áreas de estudo, como engenharia, além de colaborar com o desenvolvimento de motores, estudando mudanças de fase, reações químicas e buracos negros.
O que é um sistema termodinâmico
O corpo, ou conjunto de corpos, sobre o qual ocorre uma transformação termodinâmica, é denominado sistema termodinâmico. O estudo de um sistema é feito a partir do estado, ou seja, de suas condições físicas em um determinado momento. Ao nível microscópico, este estado pode ser descrito por meio de coordenadas ou variáveis térmicas, como massa, pressão, temperatura, etc., que são perfeitamente mensuráveis, mas ao nível microscópico, as frações (moléculas, átomos) que constituem o sistema e identificar o conjunto de posições e velocidades dessas partículas das quais as propriedades microscópicas em última análise dependem.
Além disso, um sistema termodinâmico é uma região do espaço que está sujeita ao estudo que está a ser realizado e que é limitada por uma superfície que pode ser real ou imaginária. A região fora do sistema que interage com ele é chamada de ambiente do sistema. O sistema termodinâmico interage com seu ambiente por meio da troca de matéria e energia.
A superfície que separa o sistema do resto de seu contexto é chamada de parede, e de acordo com suas características são classificadas em três tipos que são:
Sistema termodinâmico aberto
É a troca entre energia e matéria.
Sistema termodinâmico fechado
Não troca matéria, mas troca energia.
Sistema termodinâmico isolado
Não troca matéria ou energia.
Princípios da termodinâmica
A termodinâmica tem certos fundamentos que determinam as quantidades físicas básicas que representam os sistemas termodinâmicos. Esses princípios explicam como é seu comportamento sob certas condições e evitam o surgimento de certos fenômenos.
Diz-se que um corpo está em equilíbrio térmico quando o calor que ele percebe e emite é igual. Neste caso, a temperatura de todos os seus pontos é e permanece constante. Um caso paradoxal de equilíbrio térmico é um ferro exposto ao sol.
A temperatura desse corpo, uma vez alcançado o equilíbrio, permanece mais alta que a do meio ambiente porque a contribuição contínua da energia solar é compensada por aquela que o corpo irradia e a perde com sua condução e convecção.
O princípio zero da termodinâmica ou a lei zero da termodinâmica está presente quando dois corpos em contato estão na mesma temperatura após atingirem o equilíbrio térmico. É facilmente compreendido que o corpo mais frio aquece e o mais quente esfria e, portanto, o fluxo líquido de calor entre eles diminui à medida que sua diferença de temperatura diminui.
"> Carregando…Primeira Lei da Termodinâmica
O primeiro princípio da termodinâmica é o princípio da conservação da energia (propriamente e de acordo com a teoria da relatividade da matéria-energia) segundo o qual não é criada nem destruída, embora possa ser transformada de uma determinada forma. a outra.
A generalização do princípio da energia permite afirmar que a variação da força interna de um sistema é a soma do trabalho realizado e transferido, uma afirmação lógica uma vez que está estabelecido que trabalho e calor são as formas de transferência de energia e que não é. criar ou destruir.
A energia interna de um sistema é entendida como a soma das diferentes energias e de todas as partículas que o compõem, tais como: energia cinética translacional, rotacional e vibracional, energia de ligação, energia de coesão, etc.
O primeiro princípio foi por vezes afirmado como a impossibilidade da existência do móbile perpétuo do primeiro tipo, isto é, a possibilidade de produzir trabalho sem consumir energia em nenhuma das formas em que ela se manifesta.
Segundo princípio da termodinâmica
Este segundo princípio trata da irreversibilidade dos eventos físicos, especialmente no momento de uma transferência de calor.
Um grande número de fatos experimentais mostra que as transformações que ocorrem naturalmente têm um certo significado, sem nunca serem observadas, que são espontaneamente realizadas na direção oposta.
O segundo princípio da termodinâmica é uma generalização do que a experiência ensina sobre o sentido em que ocorrem as transformações espontâneas. Ele suporta várias formulações que são realmente equivalentes. Lord Kelvin, físico e matemático britânico, afirmou nestes termos em 1851 "É impossível realizar a transformação cujo único resultado é a conversão em trabalho do calor extraído de uma única fonte de temperatura uniforme"
Esta é uma das leis mais importantes da termodinâmica na física; Embora possam ser formulados de várias maneiras, todos levam à explicação do conceito de irreversibilidade e de entropia. O físico e matemático alemão Rudolf Clausius estabeleceu uma desigualdade que está relacionada entre as temperaturas de um número arbitrário de fontes térmicas e as quantidades de calor absorvidas por elas entregues, quando uma substância passa por algum processo cíclico, reversível ou irreversível, trocando calor com as fontes.
Em uma Usina Hidrelétrica, a energia elétrica é produzida a partir da energia potencial da água represada. Essa potência é transformada em energia cinética quando a água desce pelos tubos e uma pequena parte dessa energia cinética se transforma na força cinética rotacional de uma turbina, cujo eixo é parte integrante do eixo do indutor de um alternador que gera a força elétrico.
O primeiro princípio da termodinâmica permite-nos assegurar que nas mudanças de uma forma de energia para outra não houve nem aumento nem diminuição da potência inicial; o segundo princípio diz-nos que parte dessa energia terá sido disparada na forma de calor.
Terceiro Princípio da Termodinâmica
A terceira lei foi desenvolvida pelo químico Walther Nernst durante os anos 1906-1912, e é por isso que costuma ser chamada de teorema de Nernst ou postulado de Nernst. Este terceiro princípio da termodinâmica diz que a entropia de um sistema zero absoluto é uma constante definida. Isso ocorre porque há um sistema de temperatura zero em seu estado fundamental, então sua entropia é determinada pela degeneração do estado fundamental. Em 1912, Nernst estabeleceu a lei assim: "É impossível por qualquer procedimento atingir a isoterma T = 0 em um número finito de etapas"
Processos termodinâmicos
No conceito de termodinâmica, processos são as mudanças que ocorrem em um sistema e que o levam de um estado de equilíbrio inicial a um estado de equilíbrio final. Estes são classificados de acordo com a variável que se manteve constante ao longo do processo.
Um processo pode ocorrer desde o derretimento do gelo, até a ignição da mistura ar-combustível para realizar a movimentação dos pistões em um motor de combustão interna.
Existem três condições que podem variar em um sistema termodinâmico: temperatura, volume e pressão. Os processos termodinâmicos são estudados em gases, uma vez que os líquidos são incompressíveis e não ocorrem alterações de volume. Além disso, devido às altas temperaturas, os líquidos se transformam em gases. Nos sólidos, os estudos termodinâmicos não são realizados porque são incompressíveis e não há trabalho mecânico sobre eles.
Tipos de processos termodinâmicos
Esses processos são classificados de acordo com sua abordagem, para manter uma das variáveis constante, seja temperatura, pressão ou volume. Além disso, outros critérios são aplicados, como a troca de energia e a modificação de todas as suas variáveis.
Processo isotérmico
Processos isotérmicos são todos aqueles em que a temperatura do sistema permanece constante. Isso é feito trabalhando, de modo que as outras variáveis (P e V) mudem com o tempo.
Processo isobárico
O processo isobárico é aquele em que a pressão permanece constante. A variação de temperatura e volume definirá seu desenvolvimento. O volume pode mudar livremente quando a temperatura muda.
Processos isocóricos
Em processos isocóricos, o volume permanece constante. Também podem ser considerados aqueles em que o sistema não gera nenhum trabalho (W = 0).
Basicamente, são fenômenos físicos ou químicos que são estudados dentro de qualquer recipiente, seja com agitação ou não.
Processo adiabático
O processo adiabático é aquele processo termodinâmico no qual não há troca de calor do sistema para o exterior ou na direção oposta. Exemplos desse tipo de processo são aqueles que podem ser realizados em uma garrafa térmica para bebidas.
"> Carregando…Exemplos de processos termodinâmicos
- Um exemplo de processo isocórico: O volume do gás é mantido constante. Quando ocorrer qualquer tipo de mudança de temperatura, ela será acompanhada por uma mudança de pressão. Como é o caso do vapor em uma panela de pressão, ele aumenta sua pressão à medida que aquece.
- Como um exemplo do processo isotérmico: A temperatura do gás permanece constante. Conforme o volume aumenta, a pressão diminui. Por exemplo, um balão em uma máquina de fazer vácuo aumenta seu volume conforme o vácuo é criado.
- Em relação ao processo adiabático: por exemplo, a compressão do pistão em uma bomba de inflação de pneu de bicicleta, ou a descompressão rápida do êmbolo de uma seringa, comprimindo-o previamente com o orifício de saída tampado.
