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Termodinâmica.
Transformação de energia

Energia térmica I combustão.
Efeitos da termodinâmica

Entropia

História da termodinâmica

História da termodinâmica

A termodinâmica é o ramo da física clássica que estuda e descreve as transformações termodinâmicas induzidas pelo calor e pelo trabalho em um sistema termodinâmico, como resultado de processos que envolvem mudanças nas variáveis ​​de temperatura e estado de energia.

A história da termodinâmica é uma etapa fundamental na história da física, da química e da história da ciência em geral. Devido à relevância da termodinâmica em muitas partes da ciência e da tecnologia, a história da termodinâmica tem sido sutil por natureza, com o desenvolvimento da mecânica clássica, da mecânica quântica, do magnetismo e da ciência da velocidade química, e em campos práticos mais remotos, como meteorologia, teoria da informação e biologia (fisiologia), e o motor a vapor, máquinas de combustão interna. Também está ligado a avanços tecnológicos, como criogenia e geração de eletricidade.

O desenvolvimento da termodinâmica continuou e continuou com a teoria atômica. Além disso, com uma abordagem engenhosa, ele mobilizou novas direções em probabilidade e estatística; Veja, por exemplo, a linha do tempo da termodinâmica.

Termodinâmica desde os tempos antigos

Os antigos viam o calor como algo relacionado ao fogo. Os antigos egípcios consideravam que o calor estava relacionado às origens mitológicas. Na tradição filosófica ocidental, Empédocles propôs uma teoria de quatro elementos, na qual todas as substâncias derivam da terra, água, ar e fogo. Cerca de 500 a. C., o filósofo grego Heráclito argumentou que os três principais elementos da natureza eram fogo, terra e água.

No período moderno, o calor era considerado uma medida de um fluido invisível, conhecido como calórico. Os corpos foram capazes de conter uma certa quantidade desse fluido, o que levou ao termo capacidade de calor.

Nos séculos XVIII e XIX, os cientistas abandonaram a idéia de um calórico físico e, em vez disso, entenderam o calor como uma manifestação da energia interna de um sistema. Hoje o calor é a transferência de energia térmica desordenada.

O atomismo é uma parte central da relação atual entre termodinâmica e mecânica estatística. Pensadores antigos como Leucipo e Demócrito, e mais tarde os epicuristas, à medida que o atomismo avançava, lançaram as bases para a teoria atômica posterior. Até o teste experimental de átomos ser fornecido no final do século XX, a teoria atômica era amplamente impulsionada por considerações filosóficas e intuição científica.

O filósofo grego Parmênides, do século V aC, usa o raciocínio verbal para postular que um vácuo, essencialmente o que hoje é conhecido como vácuo, na natureza não poderia ocorrer. Esta opinião foi apoiada pelos argumentos de Aristóteles, mas foi criticada por Leucipo e Herói de Alexandria. Desde os tempos antigos até a Idade Média, vários argumentos foram apresentados para provar ou desaprovar a existência de um vácuo e várias tentativas foram feitas para construí-lo, mas todas foram malsucedidas.

Os cientistas europeus Cornelius Drebbel, Robert Fludd, Galileo Galilei e Santorio Santorio nos séculos XVI e XVII foram capazes de medir a relativa "frieza" ou "calor" do ar, usando um termômetro de ar rudimentar.

Em 1643, Galileu Galilei acreditava que a aversão ao vazio da natureza é limitada. Bombas que operam em minas já haviam demonstrado que a natureza só enchia o vácuo com água a uma altura de ~ 30 pés. Conhecendo esse fato curioso, Galileu incentivou seu ex-aluno Evangelista Torricelli a investigar essas supostas limitações.

Teoria atômica

A teoria atômica é uma teoria física que assume que tudo no mundo consiste das menores partículas: átomos, ligados entre si por forças nucleares e elétricas. No século XX, foi demonstrado na prática que um átomo pode ser dividido em partículas subatômicas ainda menores.

Termodinâmica como ciência

O físico e químico irlandês Robert Boyle, em 1656, em coordenação com o cientista inglês Robert Hooke, construiu uma bomba de ar. Ao usar esta bomba, Boyle e Hooke notaram a correlação pressão-volume: PV = constante. Naquela época, o ar era para ser um sistema de partículas imóveis, e não era interpretado como um sistema de moléculas em movimento.

O conceito de movimento térmico surgiu dois séculos depois. Mais tarde, após a invenção do termômetro, a temperatura da propriedade pôde ser quantificada. Essa ferramenta deu a Gay-Lussac a oportunidade de derivar sua lei, o que levou pouco depois à lei do gás ideal. Mas, já antes do estabelecimento da lei do gás ideal, um associado da Boyle chamado Denis Papin construiu um digestor ósseo em 1679, que é um recipiente fechado com uma tampa bem ajustada que restringe o vapor até que a alta pressão seja gerada.

Maquina de vapor

Projetos posteriores implementaram uma válvula de liberação de vapor para impedir que a máquina explodisse. Observando como a válvula se movia ritmicamente para cima e para baixo, Papin concebeu a idéia de um motor de pistão e cilindro, um motor alternativo.

No entanto, em 1697, com base nos desenhos de Papin, o engenheiro Thomas Savery construiu o primeiro motor a vapor. Embora esses primeiros motores fossem brutos e ineficientes, eles atraíram a atenção dos principais cientistas da época. Um desses cientistas foi Sadi Carnot, o pai da termodinâmica, que em 1824 publicou Reflexões sobre a força motriz do fogo, um discurso sobre calor, potência e eficiência motora. Isso marca o início da termodinâmica como ciência moderna.

Nos anos seguintes, mais variações de motores a vapor foram construídas, como o Newcomen Engine e mais tarde o Watt Engine. Com o tempo, esses primeiros motores seriam usados ​​em vez de cavalos. Portanto, cada mecanismo começou a associar-se a uma certa quantidade de "cavalos de potência", dependendo de quantos cavalos haviam substituído. O principal problema com esses primeiros motores era que eles eram lentos e desajeitados, convertendo menos de 2% de combustível fóssil, geralmente carvão, em trabalho útil. Daí a necessidade de uma nova ciência da dinâmica motora.

História da evolução da termodinâmica até agora

A história da termodinâmica marca seu início em 1824. Foi Sadi Carnot, em 1824, a primeira a demonstrar que o trabalho de troca de calor pode ser obtido entre duas fontes a diferentes temperaturas. Através do teorema de Carnot e da máquina ideal de Carnot (baseada no ciclo de Carnot), ele quantificou este trabalho e introduziu o conceito de eficiência termodinâmica.

Em 1848, Lord Kelvin, usando a máquina de Carnot, introduziu o conceito de temperatura termodinâmica efetiva e é responsável por uma declaração do segundo princípio da termodinâmica.

Em 1850, James Prescott Joule demonstrou a igualdade das duas formas de energia (acreditava-se que o líquido calórico ainda existia).

Chegando a isso, surgiu o problema de que, se fosse possível obter o calor total do trabalho, não teria sido possível obter o inverso. Esse resultado também desembarcou Clausius, que em 1855 apresenta sua desigualdade para reconhecer processos reversíveis do irreversível e do estado da função de entropia.

Em 1876, Willard Gibbs publicou o tratado "Sobre o balanço de substâncias heterogêneas" (Sobre o balanço de substâncias heterogêneas) que mostrava como um processo termodinâmico poderia ser representado graficamente e como estudar energia, entropia, volume, temperatura e temperatura. A pressão poderia prever a eventual espontaneidade do processo considerado.

O caso da termodinâmica é emblemático na história e na epistemologia da ciência: é um daqueles casos em que a prática foi pioneira na própria teoria: o primeiro é projetado para o motor a vapor e, em seguida, seu funcionamento teórico foi sistematizado através de seus princípios básicos.

Relação termodinâmica com energia solar

A história da termodinâmica tem um papel fundamental no campo da energia solar e, especificamente, na energia solar térmica. O uso da radiação solar para obter calor começou a ser usado nos tempos antigos. As culturas primitivas o usavam sem ter consciência disso.

Mais tarde, diferentes civilizações desenvolveram sua arquitetura para aproveitar o calor solar de maneira eficiente, conforme detalhado na história da energia solar. Isto é o que agora é chamado de energia solar passiva.

Por volta de 1767, Horace Bénédict De Saussure havia inventado o coletor solar. Este novo coletor solar teve um impacto decisivo na história da energia solar e no desenvolvimento da energia solar térmica a baixa temperatura. O coletor solar tira proveito da física termodinâmica para realizar transferências de calor e transformações termodinâmicas.

Dessa forma, as leis da termodinâmica começaram a desempenhar um papel fundamental no desenvolvimento de energias renováveis, especificamente a energia solar.

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Última revisão: 10 de outubro de 2019