FÍSICA
1ª SÉRIE
LEIS TERMODINÂMICAS – I
AULA 53
OBJETIVOS
Por volta do séc I o matemático grego Heron idealizou uma máquina, chamada Eolípila, cuja ideia era aproveitar o vapor para gerar movimento. Ela consistia em uma caldeira com a forma de uma esfera (ou cilindro) em que o vapor de água que saia de seus orifícios causava o movimento.
UM POUCO DE HISTÓRIA
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/23/Aeolipile.jpg
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/4/42/Aeolipile_Engine_Animation_with_steam.gif/210px-Aeolipile_Engine_Animation_with_steam.gif
Mas somente no fim do século XVII que a ideia de realmente utilizar a energia térmica para geração de movimento se formalizou. Foi importante a participação de nomes como Thomas Savery, Thomas Newcomen e James Watt.
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/f/f2/SteamEngine_Boulton%26Watt_1784.png/800px-SteamEngine_Boulton%26Watt_1784.png
https://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Newcomen_atmospheric_engine_animation.gif
Ao lado temos uma representação da bomba da água de Thomas Newcomen.
UM POUCO DE HISTÓRIA
Volume: é o espaço ocupado pelo gás, definido pelas dimensões do recipiente.
Pressão: é a força por unidade de área sobre as paredes do recipiente que contém o gás.
Temperatura: mede o grau de agitação térmica das moléculas.
Calor: energia térmica em trânsito entre corpos de diferentes temperaturas.
Entropia: uma grandeza termodinâmica que mede o grau de desordem ou de aleatoriedade de um sistema físico.
Entalpia(H): é a quantidade de energia que se encontra nas substâncias e que pode ser alterada mediante reações químicas.
IMPORTANTE SABER
Trata das condições de equilíbrio térmico em um ambiente isolado termicamente. Se um corpo A está em equilíbrio térmico com um corpo B e outro C, podemos dizer que os corpos B e C também estão em equilíbrio térmico.
LEI ZERO DA TERMODINÂMICA
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/7/7a/Lei_zero_da_termodin%C3%A2mica.jpg/640px-Lei_zero_da_termodin%C3%A2mica.jpg
ENERGIA INTERNA E O CALOR
Energia Interna é a soma da energia presente em todas as moléculas pertencentes a um corpo.
O calor não é a energia que o corpo tem, mas sim a quantidade dela que um corpo transfere a outro, desde que as temperaturas sejam diferentes.
Logo, o Sol tem uma energia interna gigantesca, uma temperatura altíssima, mas em virtude da baixíssima densidade do espaço, seu calor é incapaz de derreter o escudo térmico da sonda Parker, que orbita muito próxima da superfície solar.
https://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Parker_Solar_Probe.jpg
Imagine uma caixa de isopor que possa, hipoteticamente, ser um recipiente completamente isolado termicamente em seu interior. É correto afirmar que em uma situação de equilíbrio térmico entre três corpos dentro deste recipiente isolado termicamente existe troca de calor e que a energia interna é nula mesmo em alta temperatura?
ATIVIDADE
Se estão em equilíbrio, não há como trocar calor e se há alguma temperatura, não tem como a energia interna ser nula.
SUGESTÃO DE ATIVIDADE
Vamos enxergar a energia interna por meio de uma simulação? Clique na imagem abaixo e se prepare para responder as seguintes questões:
1) Deixando o número de partículas azuis no máximo (200), o que você consegue notar se aumentar ou reduzir a temperatura?
2)Removendo o divisor, é possível identificar se o sistema é isolado?
1ª LEI DA TERMODINÂMICA
https://www.if.ufrgs.br/~dschulz/web/imagens/primeira_lei_sinais.jpg
A 1ª Lei da Termodinâmica fala sobre o princípio da conservação da energia em um sistema, considerando três formas de energia: A variação da energia interna do sistema (ΔU), o calor (Q) e o trabalho mecânico (τ).
Em um sistema termodinâmico, a quantidade de calor fornecida por um sistema é igual a 500 J. Sabendo que a energia interna retida do gás nesse processo é equivalente a 400 J, qual é o trabalho realizado por esse gás?
ATIVIDADE
Q = 500 J
∆U = 400 J
τ = ?
∆U = Q - τ
400 = 500 - τ
τ = 500 - 400
τ = 100 J
RETOMADA
Professor, caso tenha alguma sugestão ou elogio para esta aula, acesse:
GODOY, L. P. Agnolo, R. M. MELO, W. C. Multiversos : Ciências da Natureza : CIÊNCIA, SOCIEDADE E AMBIENTE Ensino Médio. 1ª ed. São Paulo: FTD, 2020.
PIETROCOLA, M. POGIBIN, A. ANDRADE, R. ROMERO, T. Física em Contextos. Vol 2. São Paulo: Ed do Brasil, 2016.
BONJORNO e vários autores. Física: Termologia . Óptica . Ondulatória 2º ano. Vol 2. 3ª ed. São Paulo: FTD, 2016.
BARRETO F, Benigno. SILVA, Claudio. Física aula por aula: Termologia.Óptica.Ondulatória, 2º ano. Vol 2. 3ª Ed. São Paulo: FTD, 2016.
MARTINI, Glorinha. SPINELLI, Walter. REIS, Hugo C. SANT’ANNA, Blaidi. Conexões com a Física. Vol 2. 3ª Edição. São Paulo: Moderna, 2016.
IF-UFRGS. Máquina à Vapor. < https://www.if.ufrgs.br/~leila/vapor.htm.>. Acesso em 17 mar. 2021.
Toda Matéria. Estudo dos Gases. <https://www.todamateria.com.br/estudo-dos-gases/#:~:text=O%20estudo%20dos%20gases%20compreende,seu%20estado%20termodinâmico%20mais%20simples.&text=Devemos%20notar%20que%20um%20gás,em%20temperatura%20e%20pressão%20ambiente.>. Acesso em 17 mar. 2021.
Mundo Educação. Diferença entre gás e vapor. <https://mundoeducacao.uol.com.br/quimica/diferenca-entre-gas-vapor.htm.>. Acesso em 17 mar. 2021.
REFERÊNCIAS