Entendendo a Termodinâmica

A termodinâmica é um ramo da física que estuda as relações entre calor trocado e o trabalho realizado em um determinado processo físico, que envolve a presença de um corpo e/ou sistema e o meio exterior. É através das variações de temperatura, pressão e volume, que a física busca compreender o comportamento e as transformações que ocorrem na natureza.

O nome vem do grego onde therme significa calor e dynamis significa movimento. De uma forma mais simplificada, a termodinâmica é a área da física que busca explicar os mecanismos de transferência de energia térmica para que estes realizem algum tipo de trabalho.

Essa ciência teve um grande impulso durante a revolução industrial, quando o trabalho que era realizado por homens ou animais começou a ser substituído por máquinas. Os trabalhos dos cientistas da época levaram-nos a duas leis muito amplas e aplicáveis a qualquer sistema na natureza. Para entender as leis da termodinâmica, precisamos antes entender alguns conceitos básicos, como:

O que é calor?

O conceito de calor determina que ele é a energia térmica em trânsito. Ocorre em razão às diferenças de temperatura entre os corpos e sistemas envolvidos.

O que é energia?

Segundo o conceito usado na física, energia é a capacidade que um determinado corpo tem de realizar trabalho.

Primeira Lei da Termodinâmica

A primeira lei diz que a variação da energia interna de um sistema pode se expressar através da diferença entre o calor trocado com o meio externo e o trabalho realizado por ele durante uma determinada transformação. Nessa lei, são estudadas algumas transformações:

Transformação isobárica, em que a pressão é constante, podendo variar somente o volume e a temperatura.

Transformação isotérmica, a temperatura é constante e variam somente a pressão e o volume.

Transformação isocórica ou isovolumétrica, em que o volume é constante e variam somente a pressão e a temperatura.

Transformação adiabática, é a transformação gasosa em que, no entanto, o gás não troca calor com o meio externo. Seja por estar termicamente isolado, ou ainda porque o processo acontece de forma muito rápida, fazendo com que o calor trocado seja desprezível.

Segunda Lei da termodinâmica

A Segunda Lei da Termodinâmica foi enunciada pelo físico francês Sadi Carnot, ela faz restrições para as transformações que são realizadas pelas máquinas térmicas, como por exemplo, um motor de uma geladeira.

Segundo Carnot, o enunciado é:

“Para que um sistema realize conversões de calor em trabalho, ele deve realizar ciclos entre uma fonte quente e fria, isso de forma contínua. A cada ciclo é retirada uma quantidade de calor da fonte quente, que é parcialmente convertida em trabalho, e a quantidade de calor restante é rejeitada para a fonte fria.”

Aplicações da termodinâmica

Ciência dos materiais: é a ciência que estuda meios para obtenção de novos tipos de materiais, com propriedades químicas e físicas bem definidas. Podemos dizer que a termodinâmica é uma das bases da engenharia dos materiais, pois os processos de fabricação de novos materiais envolvem muito a transferência de calor e trabalho para as matérias primas.

Indústrias: os processos industriais transformam matéria-prima em novos produtos usando máquinas e energia. Na indústria de laticínios, a transferência de calor é usada na pasteurização e na fabricação de queijos e manteiga. Nas siderúrgicas, as altas temperaturas dos fornos causam a fusão de várias substâncias, permitindo a sua combinação e produzindo diferentes tipos de aço.

Fundição / Museu WEG – a matéria prima é transformada usando calor

Arquitetura: o desenho e a construção de habitações também devem levar em consideração os aspectos de troca de energia. É que nosso organismo só pode sobreviver em uma pequena faixa de temperatura onde nosso metabolismo é mais eficiente, por isso nos sentimos melhor quando a temperatura do meio ambiente está em torno dos 20°C.

Os projetos urbanos e residenciais levam isto em consideração, junto ao bom aproveitamento dos recursos naturais. Um exemplo é o uso da energia solar para substituir aquecedores de água que funcionam com energia elétrica ou com queima de combustível.

Agora você já sabe: termodinâmica é calor, energia e movimento! Para ler mais conteúdos como esse, fique de olho em nossa página do Facebook! <3