Quais são os princípios da termodinâmica?

Voce esta lutando com ele princípios da termodinâmica? Analisando-os juntos veremos que explicam muitas experiências que vivemos continuamente: na prática, os conhecíamos antes mesmo de estudá-los!

O PRINCÍPIO ZERO

Fazendo as coisas em ordem … vamos começar do zero: o princípio zero da termodinâmica afirma que:

Quando dois sistemas estão cada um em equilíbrio térmico com um terceiro, eles também estão em equilíbrio térmico um com o outro.

Dois corpos estão em equilíbrio térmico se tiverem a mesma temperatura e, portanto, cessou a troca de calor entre o mais quente e o mais frio. De acordo com o princípio zero, se A está em equilíbrio térmico com B e C está em equilíbrio térmico com B, então A e C também estariam em equilíbrio, se eles entrarem em contato.

Parece óbvio, não é? Porém, apesar do nome, o princípio zero vale muito e é uma premissa fundamental para os outros três. Sem ele, de fato, não poderíamos definir a temperatura, que é aquela propriedade física que mede a transferência de energia térmica de um sistema para outro (a mesma transferência que ocorre quando temos febre e colocamos o termômetro debaixo do braço).

O princípio zero foi formulado pela última vez, a seguir aos outros três: este nome foi-lhe atribuído porque os outros já se encontravam numerados e porque foi reconhecida a sua importância fundamental.

PRIMEIRO PRINCÍPIO DA TERMODINÂMICA

A primeira lei da termodinâmica é tradicionalmente expressa da seguinte forma:

O calor fornecido a um sistema termodinâmico é igual à soma do trabalho realizado pelo sistema no ambiente e a variação de sua energia interna.

Este princípio nos diz um fato simples: quando adicionamos calor a um sistema, parte dessa energia permanece no sistema e parte o deixa. A energia que permanece no sistema cria uma variação de sua energia interna, e a que sai tem consequências na área circundante.

Imagine ter uma panela de água à temperatura ambiente. Se adicionarmos calor ao sistema (isto é, ligarmos o gás), a temperatura e a energia da água aumentam primeiro; então o sistema de envasamento libera parte da energia e atua no meio ambiente, por exemplo, aquecendo o ar ao redor da panela e emitindo vapor. Este princípio explica que a energia não pode ser criada ou destruída: ela só pode ser transformada. Isso significa que toda vez que usamos energia não estamos criando nada novo, mas transformando uma forma de energia em outra. Por exemplo: quando fazemos atividade física estamos transformando a energia química fornecida pelos alimentos em energia cinética (corrida, flexões).

A energia não é criada nem destruída, mas apenas torna-se: este princípio também é chamado de di Conservação de energia e não há nada na natureza que o viole. A energia total do Universo é constante, embora possa ser transformada e transferida de uma parte do Universo para outra.

O SEGUNDO PRINCÍPIO DA TERMODINÂMICA

Nós vamos! Mas agora surge um problema. A primeira lei da termodinâmica não diz em que direção essas transformações ocorrerão. Se apenas ouvirmos o primeiro princípio, também pode acontecer que um corpo mais frio aqueça espontaneamente um corpo mais quente. No entanto, como sabemos, isso não pode realmente acontecer naturalmente. As passagens de energia no mundo em que vivemos sempre têm uma direção, uma direção preferencial. O vapor que sai da panela não condensa sozinho para retornar à panela.

E aqui vem a segunda lei da termodinâmica, de acordo com a qual:

É impossível realizar uma transformação cujo único resultado seja a transferência de calor de um corpo a uma determinada temperatura para outro a uma temperatura superior.

Esta é a chamada Declaração de Clausius, do nome do físico alemão que o formulou no século 19, mas é apenas uma das formas de afirmar o segundo princípio.

Existem outros, como Declaração de Kelvin (o físico britânico conhecido pela escala de mesmo nome):

É impossível realizar uma transformação que resulte apenas na conversão do calor extraído de uma única fonte em trabalho mecânico.

A primeira afirmação talvez seja mais óbvia: o calor quer fluir naturalmente das áreas mais quentes para as mais frias. Se fosse de áreas mais frias para áreas mais quentes, atuaria contra a natureza, então seria necessário adicionar trabalho ao sistema para que isso acontecesse. A segunda declaração nos diz que É impossível ter um processo cíclico repetitivo que converta completamente o calor em trabalho..

Vamos colocar nossa alma em paz: nenhuma reação é 100% eficaz. Parte da energia em uma reação será perdida, na forma de calor, e nenhum sistema pode converter toda a energia que possui em trabalho. Vamos dar o exemplo de um locomotiva a vapor, uma das máquinas que revolucionaram o transporte no século XIX; Funcionava graças à combustão do carvão em uma fornalha que aquecia a água presente em uma caldeira e produzia o vapor que era enviado ao motor, energia térmica transformada em movimento. Vamos imaginar nossa locomotiva em ação: o calor produzido não pode ser totalmente transformado em movimento. Parte disso vai se dissipar no meio ambiente na forma de sopros de vapor que não foram transformados em energia mecânica. Como vimos, um “desperdício” inevitável.

Se alargarmos (muito) o nosso olhar e considerarmos o Universo como um sistema completo, podemos pensar que mesmo no cosmos a energia é transferida de corpos mais quentes para menos quentes, e a cada transferência de energia a quantidade de energia também aumenta. não disponível para um trabalho: entropia, isto é – simplificando muito – a medida da “desordem” do sistema.

Os sistemas tendem naturalmente a transtorno, até chegar a um novo balanço.

O TERCEIRO PRINCÍPIO DA TERMODINÂMICA

E esse discurso nos leva a Terceira lei da termodinâmica, de acordo com, não é possível chegar a zero absoluto em um processo termodinâmico que envolve um número finito de operações. Ou, se você preferir, uma substância “perfeitamente cristalina” no zero absoluto tem entropia zero.

Isso significa que se um objeto atinge a temperatura de zero absoluto (0 Kelvin ou -273,15 ° C), seus átomos ficam imóveis: sua desordem, a entropia, desapareceu e não há mais movimentos dentro dele. Uma vez que a temperatura é uma medida das variações desses movimentos, não pode haver, pelo menos do ponto de vista teórico, uma temperatura abaixo do zero absoluto. No entanto, em 2013, alguns cientistas alemães conseguiram cair abaixo deste valor, embora muito pouco, ao bloquear a mudança de entropia em um sistema ao qual eles adicionaram energia.

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