A evolução de certas magnitudes ou propriedades em relação a um determinado sistema termodinâmico é chamada de processo termodinâmico. Essas propriedades são chamadas de propriedades termodinâmicas.
Para estudar um processo termodinâmico, é necessário que o sistema esteja em equilíbrio termodinâmico no ponto inicial e final do processo. Ou seja, as grandezas que sofrem variação ao passar de um estado para outro devem estar completamente definidas em seus estados inicial e final. Um sistema termodinâmico está, em princípio, em estado de equilíbrio termodinâmico quando as principais variáveis do sistema permanecem inalteradas. Ou seja, a pressão, o volume e a temperatura não permanecem constantes ao longo do tempo.
Um processo termodinâmico também pode ser visto como as mudanças de um sistema, das condições iniciais para outras condições finais.
Um processo termodinâmico pode ser reversível ou irreversível . Todas as transformações reais são irreversíveis, uma vez que os atritos não podem ser completamente eliminados, portanto a condição de reversibilidade é apenas uma aproximação teórica.
A teoria dos processos térmicos é aplicada ao projeto de motores , unidades de refrigeração, indústria química e meteorologia.
Tipos de processos termodinâmicos
Os principais processos termodinâmicos são os seguintes:
- Processo isobárico : ocorre a pressão constante. Em outras palavras, o sistema está conectado dinamicamente, com uma fronteira móvel, a um reservatório a pressão constante. Quando um gás perfeito evolui isobaricamente do estado A para o estado B, a temperatura e o volume associados seguem a lei de Charles.
- Processo isocórico : o volume permanece constante. Portanto, se o sistema estiver a volume constante, o trabalho realizado pelo sistema será zero. Isto implica que o processo não realiza trabalho pressão-volume. Segue-se que qualquer energia térmica transferida externamente para o sistema é absorvida por ele na forma de energia interna.
- Processo isotérmico (ou processo isotérmico): ocorre a temperatura constante. Em outras palavras, o sistema está termicamente conectado, por uma fronteira termicamente condutora, a um reservatório de temperatura constante.
- Processo adiabático : É um processo em que não há transferência de calor. Para um processo reversível, isto é idêntico a um processo isentrópico. Pode-se dizer que o sistema está isolado termicamente do seu entorno e não pode trocar calor com o entorno.
- Processo isentrópico : ocorre com entropia constante. Para um processo reversível, isto é idêntico a um processo adiabático.
- Processo de potencial químico constante : o sistema está conectado por transferência de partículas com uma fronteira permeável às partículas.
- Processo de número de partículas constante : Não há energia adicionada ou subtraída do sistema pela transferência de partículas. Pode-se dizer que o sistema é isolado pela transferência de partículas do seu ambiente por uma fronteira permeável às partículas.
- Processo politrópico : Um processo politrópico é um processo termodinâmico durante o qual a capacidade calorífica de um gás permanece inalterada, ou seja, não há trocas de calor.
Exemplos do dia a dia
Abaixo apresentamos alguns exemplos cotidianos em que ocorrem processos termodinâmicos:
- Aquecedor solar de água ( processo isotérmico ): Um aquecedor solar de água é um dispositivo que utiliza radiação solar para aquecer água. Durante o dia, a luz solar atinge um coletor solar, aquecendo um fluido (como água ou líquido anticongelante) que circula por ele. Este processo pode ser considerado isotérmico porque a temperatura permanece relativamente constante durante a absorção da energia solar.
- Cozinhar alimentos ( processo isotérmico ): Quando você cozinha alimentos, como água fervente para fazer macarrão, você vivencia um processo isotérmico, onde a temperatura permanece constante. Durante esse processo, a energia térmica é transferida para a água, provocando o aumento da temperatura e permitindo o cozimento dos alimentos.
- Inflar um balão ( processo adiabático ): Ao inflar um balão, você está realizando um processo adiabático , pois ocorre sem transferência de calor de ou para o sistema. O ar dentro do balão é rapidamente comprimido quando inflado, o que aumenta sua temperatura.
- Refrigerando alimentos na geladeira ( processo isobárico ): Ao colocar alimentos quentes na geladeira, você está vivenciando um processo isobárico, onde a pressão permanece constante. A energia térmica é transferida dos alimentos para o ambiente mais frio da geladeira, resfriando-os gradativamente.
- Aquecimento do carro ( processo isocórico ): Ao dar partida no carro em um dia frio, o processo de aquecimento do motor pode ser considerado isocórico, pois o volume dos gases no cilindro permanece constante. A temperatura aumenta devido à combustão do combustível.
- Usando um aerossol (expansão livre): Quando o conteúdo de um aerossol, como desodorante ou tinta spray, é liberado, ocorre expansão livre. Não há transferência significativa de calor durante este processo, e a rápida liberação do conteúdo se deve à pressão acumulada.