segunda-feira, 21 de maio de 2012

Termodinâmica

Está aí um setor sobre o qual eu gosto e muito de falar a respeito. A termodinâmica, área da física e da química no qual se estuda todo e qualquer fenômeno envolvendo trocas de energia, principalmente nas formas de calor e trabalho.

Os objetos de estudo da termodinâmica (TD para os íntimos) são denominados sistemas, sendo todo o restante do universo conhecido por vizinhanças. Um sistema termodinâmico deve, por definição, obedecer às quatro leis da TD. Vamos a elas:


¬ Lei Zero

É a lei na qual definimos a temperatura.


Imagine um sistema constituído de dois corpos quaisquer e capazes de trocar energia sob as mais variadas formas apenas entre si. Isso quer dizer que não sai e nem entra energia no sistema.


Uma vez que esses dois corpos troquem energia entre si, chegará um momento no qual as trocas de energia cessarão. Dizemos que temo então o estado de equilíbrio. Tal estado é caracterizado por apenas uma única propriedade apresentar o mesmo valor em ambos os corpos, não importa quanto pares e condições iniciais diferentes sejam estudados.

Você talvez se lembre de seu professor dizendo que temperatura é o estado de "agitação" das moléculas... conversa. Agitação nada define, apenas deixa o conceito mais vago ainda. Temperatura é, a nível microscópico, a medida da energia cinética média de todas as partículas que compõem o sistema.

Trata-se de uma propriedade tão importante aponto de existir uma lei para defini-la.

¬ Primeira Lei

É a lei de conservação da Energia.


De acordo com esta lei, qualquer sistema impedido de trocar matéria com sua vizinhança deve, necessariamente, conservar as quantidades de energias trocadas. De forma simplificada, o saldo das formas de energia em trânsito (calor e trabalho) pelo sistema deve ser igual a soma de energias armazenadas (energia interna) no mesmo.

Tal lei é, normalmente, descrita matematicamente da seguinte forma:

ΔU = Q - Τ

Onde os sinais dependem de uma normatização do sentido no qual a energia flui.

¬ Segunda Lei

Esta é uma lei que...


... vale para tudo, incluindo aí a vida, como informa a figura.

A segunda lei da TD diz que "não é possível realizar processos cíclicos e, ao fim de cada um deles, transformar toda a energia sob a forma de calor em energia sob a forma de trabalho".

E o que isso tem a haver com a vida? Nossas célula operam em ciclos e obtém calor de reações químicas. O mais importante é que observemos a impossibilidade de igualar a conta entre calor e trabalho. Dessa forma, não existe equipamento capaz de operar com 100% de rendimento.

Animação retirada daqui.

Uma máquina sempre retirará calor de uma região denominada fonte quente e passará uma porcentagem a uma segunda região denominada fonte fria. A que isso nos leva? Considerando que a temperatura da fonte fria é menor que a da fonte quente, em algum momento as duas chagarão a uma temperatura de equilíbrio. Encerrando assim, o funcionamento da máquina. Em termos de seres vivos, isto significa morte.

O grande responsável por elucidar esta lei, em uma época na qual as pessoas achavam que melhorar a lubrificação ou apertar um parafuso ajudariam a aumentar o rendimento de suas máquinas, foi Sadi Carnot. Seu trabalho estabeleceu as condições necessárias para se ter o melhor rendimento possível de uma máquina térmica.

¬ Terceira Lei


Esta lei afirma "que a entropia de todos os materiais cristalinos puros move-se em direção a zero quando suas temperaturas movem-se em direção ao zero absoluto."



Pois é, não se sinta como o jogador da imagem acima. A terceira lei não é cobrada a nível de ensino médio e apenas a mencionei para que os mais curiosos e necessitados se aventurem pelas entranhas da termodinâmica e de seus conceitos.

Em uma próxima oportunidade aplicarei os conceitos aqui abordados em situações pertinentes.

Nenhum comentário:

Postar um comentário

Devido a brincadeiras de mal gosto e comentários trolls, os comentários serão moderados a partir de agora. Agradeço a compreensão.

Related Posts Plugin for WordPress, Blogger...