A termodinâmica é a parte da termologia que estuda os mecanismos de transferência de energia térmica. Ela analisa as variações da temperatura, da pressão e do volume e sua interferência nos processos físicos.
O nome termodinâmica vem do grego “therme” que significa “calor” + “dynamis” que significa “movimento”. Os estudos da área tiveram início em 1650 com Otto Von Guericke e a criação da primeira bomba a vapor,e se desenvolveu a partir da necessidade da criação e aumento da eficiência das primeiras máquinas a vapor.
Esse campo de estudo tem como base as Leis da Termodinâmica. De acordo com essas leis, a energia pode ser transferida de um sistema para outro na forma de calor ou de trabalho.
Alguns conceitos fundamentais
Sistema termodinâmico
Trata-se de um espaço definido através de limites reais ou imaginários. O sistema termodinâmico é usado para delimitar o estudo da energia e suas transformações. Ele pode ser grande ou pequeno, fechado ou aberto.
Estado de um sistema
Trata-se de uma condição momentânea que pode ser descrita através do conjunto de propriedades desse sistema, tais como a temperatura, pressão, volume, entre outros.
Processo
O processo é o caminho utilizado pelo sistema para percorrer os variados estados termodinâmicos.
Calor
Trata-se da energia térmica em circulação, que acontece devido às diferenças de temperatura existentes entre os corpos ou sistemas envolvidos.
Energia
Trata-se da capacidade que um corpo possui de realizar trabalho.
Leis da termodinâmica
As principais definições de grandeza dessa área da física foram estabelecidas em suas leis. Elas são divididas em: Lei Zero, que define a temperatura; Primeira Lei, que trata do princípio da conservação da energia; Segunda Lei, que define entropia e aplica as regras para conversão de energia térmica em trabalho mecânico; e a Terceira Lei, que assinala limitações para a obtenção do zero absoluto de temperatura.
Lei Zero da Termodinâmica
A Lei Zero indica as condições para o equilíbrio térmico. Ela foi chamada de Lei Zero porque o seu entendimento foi necessário para compreensão da primeira e a segunda leis da termodinâmica. A lei Zero afirma que se dois corpos A e B estão separadamente em equilíbrio térmico com um terceiro corpo C, então A e B estão em equilíbrio térmico entre si.
A Lei Zero permite a definição de uma escala de temperatura em Celsius, Fahrenheit, Kelvin, Réaumur, Rankine, Newton e Leiden. De acordo com essa lei, entre as condições para o equilíbrios térmico está a influência dos materiais que tornam a condutividade térmica maior ou menor.
Desse modo, quando dois corpos com temperaturas diferentes entram em contato, o corpo que estiver mais quente transfere calor para o que estiver mais frio. Assim, as temperaturas de ambos se igualam fazendo com que ocorra o equilíbrio térmico.
Primeira Lei da Termodinâmica
A Primeira Lei está associada à lei de conservação da energia. Essa lei diz que a variação da energia interna de um sistema pode ser expressa através da diferença entre o calor trocado com o meio externo e o trabalho realizado por ele durante a transformação.
A Primeira Lei da termodinâmica estuda as seguintes transformações:
- Transformação isobárica – nesse tipo de transformação a pressão é constante e apenas o volume e a temperatura variam.
- Transformação isotérmica – nessa transformação a pressão e o volume variam e a temperatura se mantem constante.
- Transformação isovolumétrica – também chamada transformação isocórica, nela o volume é constante e a variação ocorre somente com a pressão e a temperatura.
- Transformação adiabática – trata-se de uma transformação gasosa, no entanto, o gás não troca calor com o meio externo.
Segunda Lei da Termodinâmica
A Segunda Lei estabelece condições para que as transformações termodinâmicas ocorram. Ela diz que para um sistema realizar conversões de calor em trabalho, ele precisa realizar ciclos entres fontes de calor quente e fria de forma sucessiva. Assim, ocorre a transformação de calor em trabalho por um processo cíclico.
Terceira Lei da Termodinâmica
A Terceira Lei diz que quando um sistema se encontra em equilíbrio termodinâmico, a sua entropia está próxima de zero.