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Termodinâmica.
Transformação de energia

Termodinâmica: definição em física e conceitos básicos

Termodinâmica: definição em física e conceitos básicos

A termodinâmica é o ramo da física que descreve os efeitos das mudanças de temperatura, pressão e volume de um sistema físico em nível macroscópico. Este ramo da física que se concentra no estudo das transformações de energia, particularmente no que se refere ao calor e ao trabalho

A matéria é composta de diferentes partículas que se movem de maneira desordenada. De acordo com a definição da termodinâmica, esta ciência não estuda o comportamento de cada partícula, mas sim o comportamento global de todas essas partículas.

O que a termodinâmica estuda?

Na termodinâmica física, são estudadas e classificadas as interações entre vários sistemas que se caracterizam por suas propriedades. Essas propriedades podem ser combinadas para determinar as condições de equilíbrio entre sistemas, processos espontâneos e troca de energia com seu ambiente.

Os principais elementos que temos para o seu estudo são:

  • As leis da termodinâmica: definem a forma como a energia pode ser trocada entre sistemas físicos.
  • Entropia: é definida como a desordem na qual se movem as partículas internas que compõem a matéria.
  • Entalpia: é definida como a quantidade de energia que um sistema troca com seu ambiente.

Leis da termodinâmica

Os princípios da termodinâmica regulam as transformações relacionadas com o calor, o seu progresso e os seus limites. Na verdade, são axiomas reais baseados na experiência em que se baseia toda a teoria.

Especificamente, podem ser distinguidos três princípios básicos, mais um princípio “zero”.

Lei zero da termodinâmica

A lei zero da termodinâmica afirma que quando dois sistemas em interação estão em equilíbrio térmico, eles compartilham algumas propriedades, que podem ser medidas dando-lhes um valor numérico preciso. Conseqüentemente, quando dois sistemas estão em equilíbrio térmico com um terceiro, eles estão em equilíbrio entre si e a propriedade compartilhada é a temperatura.

A primeira lei da termodinâmica

A primeira lei afirma que quando dois corpos em temperaturas diferentes estão em contato, a transferência de calor ocorre até um estado de equilíbrio. Neste novo estado, as temperaturas dos dois corpos são iguais.

O primeiro princípio é o princípio da conservação da energia, que diz que a energia não pode ser criada ou destruída; apenas transforma.

A segunda lei da termodinâmica

A segunda lei da termodinâmica afirma que o calor sempre flui de um objeto quente para um objeto frio e que não é possível criar uma máquina térmica 100% eficiente. Isto é conhecido como o princípio da impossibilidade de uma máquina de movimento perpétuo de segundo tipo.

Além disso, a segunda lei introduz o conceito de entropia, que mede a quantidade de desordem num sistema. A entropia sempre tende a aumentar em um sistema isolado.

A terceira lei da termodinâmica

A terceira lei indica que é impossível chegar ao zero absoluto com um número finito de transformações e fornece uma definição precisa da magnitude chamada entropia.

Além disso, a terceira lei também afirma que a entropia para um sólido perfeitamente cristalino, à temperatura de 0 Kelvin, é igual a 0.

Sistemas termodinâmicos

Um sistema termodinâmico refere-se a uma área limitada utilizada na pesquisa termodinâmica e é o objeto da pesquisa. O espaço exterior do sistema é chamado de ambiente deste sistema.

Os limites de um sistema separam o sistema do seu exterior. Este limite pode ser real ou imaginário, mas o sistema deve estar limitado a um espaço limitado. O sistema e seu ambiente podem transferir matéria, trabalho, calor ou outras formas de energia na fronteira.

Ciclos termodinâmicos

Termodinâmica: definição em física e conceitos básicosUm ciclo termodinâmico é um circuito de transformações termodinâmicas realizadas em um ou mais dispositivos destinados a obter trabalho de duas fontes de calor em temperaturas diferentes, ou, inversamente, a produzir a passagem de calor da fonte de temperatura mais baixa para temperatura mais alta.

O principal parâmetro desses ciclos é o desempenho. A eficiência térmica é definida como o trabalho obtido dividido pelo calor gasto no processo.

Propriedades termodinâmicas

Propriedades termodinâmicas são as propriedades que definem e intervêm no estado termodinâmico de um sistema.

Essas propriedades podem ser classificadas como extensivas ou intensivas. Entre essas propriedades encontramos energia interna, entropia, entalpia, calor, temperatura, pressão, volume, etc.

Para que serve a termodinâmica? 

A termodinâmica pode ser aplicada a uma ampla variedade de tópicos de ciência e engenharia, como motores, transições de fase, reações químicas, fenômenos de transporte e até buracos negros.

Abaixo listamos alguns exemplos de algumas de suas aplicações:

  • Na culinária.

  • Na indústria automotiva, a maioria dos motores são motores térmicos .

  • Na ciência dos materiais para obter novos tipos de materiais que possuam propriedades químicas e físicas bem definidas.

  • Aplicações industriais para transformar matérias-primas em produtos acabados utilizando máquinas e energia.

  • No projeto arquitetônico são levadas em consideração as transferências térmicas entre o exterior e o interior da casa, principalmente na arquitetura bioclimática e na energia solar passiva.

  • Geração de eletricidade em usinas termelétricas onde processos termodinâmicos permitem a conversão de calor em eletricidade.

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Data de Publicação: 15 de junho de 2016
Última Revisão: 11 de outubro de 2023