Curso Online de Leis da Termodinâmica

LEIS DA TERMODINÂMICA

A descoberta de meios para utilização de fontes de energia diferentes da que os animais forneciam foi o que determinou a possibilidade da revolução industrial. A energia pode se apresentar na natureza sob diversas formas, mas, exceto no caso da energia hidráulica e dos ventos, deve ser transformada em trabalho mecânico por meio de máquinas, para ser utilizada pelo homem.

A termodinâmica nasceu justamente dessa necessidade, e foi o estudo de máquinas térmicas que desenvolveu seus princípios básicos.

INTRODUÇÃO

termodinâmica

É o ramo da física que estuda as relações entre calor, temperatura, trabalho e energia;

Sendo a ciência que se ocupa do estudo das transformações de energia dos sistemas;

Os processos biológicos, envolvendo complexas estruturas moleculares e continuas transformações químicas e energéticas, só podem ser adequadamente compreendidos dentro do contexto da termodinâmica;

A termodinâmica tenta descrever matematicamente essas mudanças e prever as condições de equilíbrio do sistema

Abrange o comportamento geral dos sistemas físicos em condições de equilíbrio ou próximas dele.

Qualquer sistema físico, seja ele capaz ou não de trocar energia e matéria com o ambiente, tenderá a atingir um estado de equilíbrio, que pode ser descrito pela especificação de suas propriedades, como pressão, temperatura ou composição química.

Se as limitações externas são alteradas (por exemplo, se o sistema passa a poder se expandir), então essas propriedades se modificam.

Histórico

Como nasceu a Termodinâmica

A  breve história da termodinâmica começa com Otto von Guericke que em 1650 projetou e construiu a primeira bomba de vácuo do mundo, e o primeiro vácuo artificial do mundo, através das esferas de Magdeburg.

Ele foi incentivado pela busca em provar a invalidade da antiga percepção de que "a natureza tem horror ao vácuo" e de que não poderia haver vazio ou vácuo, já que "no vácuo todos os corpos cairiam com a mesma velocidade" tal como descreveu em ambos os casos Aristóteles.

Logo após este evento, o físico e químico Irlandês Robert Boyle tomou ciência dos experimentos de Guericke, e em 1656, em coordenação com o cientista Inglês Robert Hooke, construiu uma bomba de ar. Usando esta bomba, Boyle e Hooke perceberam uma correlação entre pressão, temperatura e volume.

Em tempo, a Lei de Boyle foi formulada, que estabelece que a pressão e o volume são inversamente proporcionais. Então, em 1679, baseado nestes conceitos, um conhecido de Boyle chamado Denis Papin construiu um forno de pressão (marmita de Papin), que era um vaso fechado com uma tampa fechada hermeticamente que confinava o vapor até alta pressão ser gerada.

Projetos posteriores incluíram uma válvula de alívio para o vapor, evitando que o recipiente explodisse devido à alta.

Observando o movimento rítmico da válvula de alívio para cima e para baixo, Papin concebeu a idéia de uma máquina constituída de um pistão e um cilindro.

Mas Papin não seguiu adiante com a idéia. Foi somente em 1697, baseado nas idéias de Papin, que o engenheiro Thomas Savery construiu a primeira máquina a vapor.

Embora nesta época as máquinas fossem brutas e ineficientes, elas atraíram a atenção dos principais cientistas da época.

Um destes cientistas foi Sadi Carnot, considerado hoje o "PAI DA TERMODINÂMICA", que em 1824 publicou "Reflexões sobre a Potência Motriz do Fogo", um discurso sobre o calor, potência e eficiência de máquinas térmicas.

O texto trouxe as relações energéticas básicas entre a Máquina de Carnot, o Ciclo de Carnot e a Potência Motriz. Isto marcou o início da Termodinâmica como ciência moderna.

FORMAS DE ENERGIA

Energia Térmica;

Energia Mecânica;

Energia Química; e

Energia Eletromagnética.

Exemplos:

O motor elétrico, presente em quase todos os eletrodomésticos, é um exemplo de transformação de energia elétrica em energia mecânica.

Baterias e pilhas, são exemplos de transformação de energia química em elétrica.

Fotossíntese é um dos mais interessantes exemplos de conversão de energia eletromagnética em energia química.

Utilização de ATP, transformação de energia química em energia mecânica.