A termodinâmica é a parte da física responsável pela relação entre calor e trabalho. Estude os efeitos da variação de pressão, temperatura e volume de um sistema físico (entendemos por sistema físico um líquido, um material, um conjunto de corpos etc.), em um nível macroscópico, isto é, pode ser observado.
O nome termodinâmico vem da raiz térmica, que significa calor e dinâmica que se refere ao movimento. O movimento do calor em um corpo.
A matéria é composta de diferentes partículas que se movem de maneira desordenada (o que é chamado entropia). A termodinâmica estuda esse movimento confuso.
A termodinâmica é de grande importância que descreve um grande número de fenômenos físicos, incluindo a operação de motores térmicos.
Para que serve a termodinâmica?
A termodinâmica pode ser aplicada a uma ampla variedade de tópicos de ciência e engenharia, como motores, transições de fase, reações químicas, fenômenos de transporte e até buracos negros.
O estudo da termodinâmica é de grande importância em motores térmicos. O ciclo do diesel, o ciclo Otto ou o motor a vapor ou o motor Stirling têm uma estreita relação com a termodinâmica e suas leis, porque em todos eles há uma troca de calor.
Os resultados da termodinâmica são essenciais para outros campos da física e química, engenharia química, engenharia aeroespacial, engenharia mecânica, biologia celular, engenharia biomédica e ciência dos materiais, para citar alguns.
Quais são as leis da termodinâmica?
As três leis da termodinâmica são:
- Primeira lei da termodinâmica: quando a energia passa, como trabalho, como calor ou matéria, dentro ou fora de um sistema, a energia interna do sistema muda de acordo com a lei de conservação de energia.
- Segunda lei da termodinâmica: em um processo termodinâmico natural, a soma das entropias dos sistemas termodinâmicos em interação aumenta.
- Terceira lei da termodinâmica: a entropia de um sistema se aproxima de um valor constante, à medida que a temperatura se aproxima do zero absoluto.
Além disso, uma "lei zero" é adicionada convencionalmente, que define o equilíbrio térmico:
Lei zero da termodinâmica: se dois sistemas estão em equilíbrio térmico com um terceiro sistema, eles estão em equilíbrio térmico entre si. Esta lei ajuda a definir o conceito de temperatura.
Que lei diz que a energia não é criada ou destruída, apenas transformada?
A lei da conservação de energia. Esta lei é uma conseqüência da primeira lei da termodinâmica. A lei de conservação de energia estabelece que a quantidade total de energia em um sistema isolado permanece constante o tempo todo. Uma conseqüência direta disso é que a energia não pode ser criada ou destruída, mas só pode ser convertida de uma forma para outra.
Um exemplo da aplicação da lei de conservação de energia é a conversão de energia de energia química em energia cinética. Outra conseqüência desta lei é que um dispositivo móvel perpétuo só pode continuar se movendo sozinho se não fornecer energia ao seu ambiente, na prática que não é viável.
De acordo com a teoria da relatividade especial de Albert Einstein, a massa é uma forma de energia, e energia e massa podem ser fundidas. Portanto, há pouca distinção entre partículas de matéria e partículas de energia, uma vez que elas podem mudar uma à outra por, entre outras coisas, aniquilação. No entanto, isso não afeta a quantidade total de energia em um sistema fechado. Portanto, a Lei de Conservação de Energia busca preservar a quantidade total de energia em um sistema isolado, incluindo energia de massa em repouso e todas as outras formas de energia (cinética, química, térmica, etc.).
Estudo da termodinâmica
Os principais elementos que temos para estudar termodinâmica são:
- As leis da termodinâmica. Essas leis da termodinâmica definem a maneira pela qual a energia pode ser trocada entre sistemas físicos na forma de calor ou trabalho. Existem 4 leis da termodinâmica listadas começando com a lei zero da termodinâmica.
- Entropia A entropia define o distúrbio no qual as partículas internas que compõem a matéria se movem. Entropia é uma magnitude que pode ser definida para qualquer sistema.
Na termodinâmica, as interações entre diferentes sistemas são estudadas e classificadas. Este estudo leva a definir conceitos como sistema termodinâmico e seu contorno. Um sistema termodinâmico é caracterizado por suas propriedades, relacionadas entre si através de equações de estado. Eles podem ser combinados para expressar energia interna e potenciais termodinâmicos, úteis para determinar as condições de equilíbrio entre sistemas e processos espontâneos.
Com essas ferramentas, a termodinâmica descreve como os sistemas respondem às mudanças em seu ambiente.
Evolução histórica da termodinâmica
No início, desenvolvimentos tecnológicos, como as chamadas máquinas a vapor ou termômetros, eram realizados empiricamente. Mas foi somente no século XIX que cientistas como Carnot e Joule formalizaram seus resultados e determinaram as causas teóricas de seu funcionamento.
Inicialmente, a termodinâmica começou a ser estudada para aumentar a eficiência dos primeiros motores a vapor.
