O que é termodinâmica:
A termodinâmica é o ramo da física que estuda a relação entre calor, força aplicada (também conhecida como trabalho) e transferência de energia.
A palavra termodinâmica vem das raízes gregas θερμο- (termo-) que significa 'calor', e δυναμικός (dynamikós), que por sua vez deriva de δύναμις (dýnamis), que significa 'força' ou 'poder'.
Os processos termodinâmicos são determinados por três leis básicas.
- A primeira lei nos permite entender como a energia é conservada.
- A segunda lei é usada para conhecer as condições necessárias para que ocorra a transferência de energia.
- A terceira lei serve para conhecer o comportamento dos sistemas em equilíbrio.
Compreender os processos termodinâmicos é importante em áreas como a engenharia industrial, onde grandes quantidades de energia precisam ser usadas para operar várias máquinas.
As leis da termodinâmica também nos permitem entender o funcionamento de sistemas em áreas como bioquímica, cosmologia e genética.
Leis da termodinâmica
Existem três leis da termodinâmica que explicam como o calor e a energia funcionam e são transmitidos. Iremos explicá-los em detalhes abaixo.
Primeira Lei da Termodinâmica
A primeira lei trata da conservação da energia: a energia não é criada nem destruída, apenas se transforma. Por exemplo:
- A energia solar é transformada em energia elétrica para uma estação de serviço.
- Essa energia elétrica pode ser usada para carregar a bateria do carro elétrico.
- O carro elétrico é capaz de converter a energia acumulada em deslocamento.
A energia, portanto, está sempre em movimento.
A fórmula simplificada seria a seguinte:
Segunda lei da termodinâmica
A Segunda Lei da Termodinâmica permite que duas coisas sejam determinadas:
- A direção em que ocorre a transferência de energia.
- As condições necessárias para que o processo seja revertido.
A partir daqui, aprendemos que existem processos reversíveis e irreversíveis.
Por exemplo, o sal de cozinha se mistura com a água espontaneamente por meio de um processo denominado diluição. Este processo libera calor.
Para reverter esse processo e voltar a formar os cristais de sal, é necessário aplicar calor, que permite que a água evapore e a separe do sal. O sistema absorve calor.
A fórmula simplificada seria a seguinte:
Terceira lei da termodinâmica
A terceira lei da termodinâmica combina as duas leis anteriores e as aplica a sistemas em equilíbrio absoluto. Nesse estado, há uma troca de energia mínima e um grau máximo de desordem (ou entropia).
A terceira lei é aplicada a sistemas fechados. Esses tipos de sistemas são vistos apenas na física e na química teóricas.
A fórmula simplificada seria esta:
Tipos de sistemas em termodinâmica
Para compreender as leis da termodinâmica, primeiro é importante conhecer os tipos de sistemas existentes e seu comportamento.
Tudo ao nosso redor é feito de sistemas e a maioria dos sistemas que conhecemos troca energia. Os sistemas são classificados em três tipos: aberto, fechado e isolado.
- Sistemas abertos: eles trocam energia e matéria com o exterior (por exemplo, uma fogueira).
- Sistemas fechados: eles apenas trocam energia com o exterior (por exemplo, um telefone celular).
- Sistemas isolados: Eles não trocam matéria ou energia (são apenas teóricos).
Enquanto a primeira e a segunda leis da termodinâmica se aplicam a sistemas abertos e fechados, a terceira lei se aplica a sistemas isolados.
Estado de um sistema
Existem dois estados fundamentais nos quais os sistemas (independentemente de seu tipo) podem ser encontrados.
- Sistemas ativos: se houver troca de energia, diz-se que o sistema está ativo.
- Sistemas em repouso ou equilíbrio: se não houver troca de energia, o sistema é considerado em repouso ou em equilíbrio.
Calor e transferência de calor em termodinâmica
De acordo com a física, o calor é o fluxo de energia que existe quando dois sistemas de diferentes temperaturas entram em contato. O equilíbrio térmico é alcançado quando todos os sistemas envolvidos atingem a mesma temperatura.
Nos sistemas termodinâmicos, se dois deles estão em equilíbrio com um terceiro sistema, eles também estão em equilíbrio um com o outro. Portanto, ao atingir o equilíbrio, a temperatura é uma constante.
