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Leis da Termodinâmica

Explicamos a você quais são as leis da termodinâmica, qual é a origem desses princípios e as principais características de cada um.

As leis da termodinâmica servem para entender as leis físicas do universo.
  1. Quais são as leis da termodinâmica?

Quando falamos sobre as leis da termodinâmica ou os princípios da termodinâmica, nos referimos às formulações mais elementares desse ramo da física, interessadas como o nome indica (do grego thermos, calor e dynamos, power, force ) na dinâmica do calor e outras formas de energia conhecidas.

Essas leis ou princípios da termodinâmica são um conjunto de fórmulas e equações que descrevem o comportamento dos chamados sistemas termodinâmicos, isto é, de uma parte do universo teoricamente isolada para seu estudo e entendimento, usando suas grandezas físicas fundamentais: temperatura, energia e entropia.

Existem quatro leis da termodinâmica, listadas de zero a três, e servem para entender as leis físicas do universo, bem como a impossibilidade de certos fenômenos como o do movimento perpétuo.

Veja também: Princípio de Conservação de Energia.

  1. Origem das leis da termodinâmica

Os quatro princípios da termodinâmica têm origens diferentes e alguns foram formulados a partir dos anteriores . O primeiro a ser estabelecido, de fato, foi o segundo, o trabalho do físico e engenheiro francês Nicolás Licenson Sadi Carnot em 1824.

No entanto, em 1860, esse princípio seria novamente formulado por Rudolf Clausius e William Thompson, acrescentando o que chamamos agora de Primeira Lei da Termodinâmica. Mais tarde, o terceiro, mais moderno, aparecerá, graças aos estudos de Walther Nernst, entre 1906 e 1912, razão pela qual ele é conhecido como postulado de Nernst.

Finalmente, a chamada `` zero zero '' aparecerá em 1930, proposta por Guggenheim e Fowler. Deve-se dizer que nem em todas as áreas é reconhecido como uma lei verdadeira.

  1. Primeira Lei da Termodinâmica

A energia não pode ser criada ou destruída, apenas transformada.

O título desta lei é "Lei de Conservação de Energia", pois determina que, em qualquer sistema físico isolado de seu entorno, a quantidade total de energia será sempre a mesma, mesmo que possa ser transformada em uma forma de energia para diferentes. Ou, em outras palavras: "A energia não pode ser criada ou destruída, apenas transformada".

Assim, ao fornecer uma certa quantidade de calor (Q) a um sistema físico, sua quantidade total de energia pode ser calculada encontrando a diferença no aumento de sua energia interna (ΔU) mais o trabalho (W) realizado pelo sistema em seu sistema físico. arredores. Ou expresso em uma fórmula: Q = ΔU + W, ou também: ΔU = Q - W, o que significa que a diferença entre a energia do sistema e o trabalho realizado sempre será destacada do sistema como energia térmica (calor).

Para exemplificar essa lei, vamos imaginar o motor de um avião . É um sistema termodinâmico no qual o combustível entra, que, reagindo com o oxigênio do ar e a centelha gerada pela combustão, libera uma quantidade significativa de calor e trabalho. Este último é precisamente o movimento que empurra o avião para a frente. Então: se pudéssemos medir a quantidade de combustível consumido, a quantidade de trabalho (movimento) e a quantidade de calor liberado, poderíamos calcular a energia total do sistema e concluir que a energia no motor permaneceu constante durante o voo: nem foi criada nem a energia foi destruída, mas foi alterada de energia química para energia calórica e energia cinética (movimento, isto é, trabalho).

  1. Segunda Lei da Termodinâmica

Com tempo suficiente, todos os sistemas acabarão tendendo ao desequilíbrio.

Esse segundo princípio, às vezes chamado de Lei da Entropia, pode ser resumido em que "a quantidade de entropia no universo tende a aumentar no tempo . Isso significa que o grau de desordem dos sistemas aumenta assim que atingem o ponto de equilíbrio; portanto, com tempo suficiente, todos os sistemas tendem a desequilibrar.

Essa lei explica a irreversibilidade dos fenômenos físicos, isto é, o fato de que , uma vez que um papel é queimado, ele não pode ser devolvido à sua forma original . Além disso, introduz a função de estado de entropia (representada como S), que no caso de sistemas físicos representa o grau de desordem, ou seja, sua perda inevitável. de energia. Portanto, a entropia está ligada ao grau de energia não utilizável por um sistema, que é perdido para o meio ambiente. Especialmente se for uma mudança de um estado de equilíbrio A para um estado de equilíbrio B: este último terá um maior grau de entropia do que o primeiro.

A formulação desta lei estabelece que a mudança na entropia (dS) será sempre igual ou superior à transferência de calor (Q), dividida pela temperatura (T) do sistema. Ou seja, que dS Q / T.

E para entender isso com um exemplo, basta queimar uma certa quantidade de matéria e depois reunir as cinzas resultantes. Ao pesá-los, verificaremos que é menos matéria do que em seu estado inicial. Porque Como parte da matéria se tornou gases irrecuperáveis ​​que tendem a se dispersar e desordenar, isto é, que são perdidos no processo. É por isso que essa reação não pode ser revertida.

  1. Terceira Lei da Termodinâmica

Ao atingir o zero absoluto, os processos dos sistemas físicos param.

Esse princípio diz respeito à temperatura e ao resfriamento, afirmando que a entropia de um sistema que é levada ao zero absoluto será uma constante definida . Em outras palavras:

  • Ao atingir o zero absoluto (0 K), os processos dos sistemas físicos são interrompidos.
  • Ao atingir o zero absoluto (0 K), a entropia terá um valor mínimo constante.

É difícil atingir o chamado zero absoluto diariamente (-273, 15 ° C), como se fosse um exemplo simples dessa lei. Mas podemos equiparar isso ao que acontece em nosso freezer: os alimentos que depositamos lá esfriarão tanto e a temperaturas tão baixas que retardarão ou até interromperão os processos bioquímicos internos. É por isso que sua decomposição é adiada e dura muito mais tempo para seu consumo.

  1. Lei cero da Termodinâmica

A "lei zero" é expressa logicamente da seguinte maneira: se A = C e B = C, então A = B.

O `` zero zero '' é conhecido por esse nome porque, embora tenha sido o último a ser executado, estabelece preceitos básicos e fundamentais em relação aos outros três . Mas, na realidade, seu nome é Lei do Balanço Térmico. Este princípio determina que: Se dois sistemas estão em equilíbrio térmico independentemente de um terceiro sistema, eles também devem estar em equilíbrio térmico entre eles. É algo que pode ser expresso logicamente da seguinte maneira: se A = C e B = C, então A = B.

Simplificando, essa lei nos permite estabelecer o princípio da temperatura, com base na comparação da energia térmica de dois corpos diferentes: se eles estiverem em equilíbrio térmico entre Sim, eles terão necessariamente a mesma temperatura. E, portanto, se ambos estiverem em equilíbrio térmico com um terceiro sistema, eles também estarão um com o outro.

Exemplos cotidianos dessa lei são fáceis de encontrar. Quando entramos na água fria ou quente, notamos a diferença de temperatura apenas por um tempo, pois nosso corpo entra em equilíbrio térmico com a água e não percebemos mais a diferença. Também acontece quando entramos em uma sala quente ou fria: notamos a temperatura inicialmente, mas depois paramos de perceber a diferença à medida que entramos em equilíbrio térmico com ela.


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