Lei Zero Da Termodinâmica

LEI ZERO DA TERMODINÂMICA

Dizemos que um sistema esta isolado quando este se encontra restrito à paredes adiabáticas, isto é, quando o mesmo eta impedido de trocar energia através do calor com a vizinhança. Experimentalmente já é um fato comprovado que todo sistema isolado tende a um estado de equilíbrio, ou seja, um estado no qual as variáveis macroscópicas, responsáveis por caracterizar o sistema, como temperatura, volume e pressão, não se alteram de acordo com o tempo.

Da mesma maneira dizemos que um sistema está em estado de equilíbrio termodinâmico quando o mesmo se encontra em equilíbrio químico, térmico e mecânico ao mesmo tempo. Haverá razão para tratarmos da temperatura ou da pressão de um sistema quando estas forem as mesmas em todo o sistema. Partindo desse pressuposto diremos então que um sistema estará equilíbrio térmico, mecânico e químico, quando temperatura, pressão e composição química não variarem ao decorrer do tempo.

De outro modo, pode ser afirmado que quando um sistema realiza a troca de calor com a vizinhança, encontra-se então envolto em paredes diatérmicas, isto é, que transmitem facilmente o calor. Sendo assim podemos afirmar que está ocorrendo um contato térmico entre o sistema e a vizinhança.

Se colocarmos em contato térmico dois sistemas que anteriormente estavam em equilíbrio térmico de maneira isolada, poderemos observar que suas variáveis macroscópicas vão se alterar até que alcancem determinados valores que permaneceram constantes com o tempo. Afirmamos, portanto, que ambos os sistemas se encontram em equilíbrio térmico entre si. A concepção de temperatura esta vinculada a seguinte circunstância experimental, que é conhecida como Lei Zero da Termodinâmica:

“A Lei Zero da Termodinâmica estabelece que, quando dois corpos tem igualdade de temperatura com um terceiro corpo, eles terão igualdade de temperatura entre si.” (CLAUS BORGNAKKE , 2013, p. 37)

Desta forma, dois ou mais sistemas que se encontrem em equilíbrio térmico entre si, estarão com a mesma temperatura. A fim de sabermos se dois sistemas possuem a mesma temperatura não é preciso que os coloquemos em contato térmico entre si, mas apenas utilizar um terceiro corpo que chamamos de termômetro.

Figura 1: Termômetro

Fonte: http://horizonte.forumeiros.com/t230-tipos-de-termometros-fisica-8-serie-9-ano, acesso em 22/10/2014 as 16:05h.

O tipo mais comum de termômetro encontrado é composto de um bulbo e um tubo capilar de vidro, contendo, no interior do tubo, o mercúrio como substância termométrica, ou seja, que varia com a temperatura. Nesse caso a propriedade selecionada, que depende da concepção fisiológica de temperatura, é o volume. Quando o volume do mercúrio variar em função da variação de temperatura, o comprimento da coluna de mercúrio no tubo capilar varia marcando a temperatura em escala Celsius.

ESCALAS DE TEMPERATURA

No sistema de unidades SI a escala que utilizamos para medir temperatura é a Celsius, onde o símbolo de representação é o °C. Antes de ser assim conhecida era chamada de centígrada, mas atualmente possui essa denominação como forma de homenagear o astrônomo sueco Anders Celcius(1701-1744) que foi seu idealizador.

Até o ano de 1954, a escala Celsius baseava-se em dois pontos fixos, que eram o menor o ponto de fusão do gelo, eu maior o ponto de ebulição da água. Esses pontos mínimo e máximo na escala Celsius recebiam os valores de 0 e cem.

A partir da Décima Conferência de Pesos e Medidas, em 1954, redefiniram a escala Celsius em função de somente um ponto fixo e da escala de temperatura para o gás ideal. Definiu-se então que o ponto fixo seria o ponto triplo da água(aquele estado em que as fases sólida, liquida e vapor estão em equilíbrio). Já a magnitude do grau ficou definida em decorrência da escala de temperatura do gás ideal. Os pontos importantes definidos nessa nova escala são um único ponto fixo e a então definição da magnitude do grau. O ponto triplo da água recebe então o valor de 0,01 ºC. Nessa escala, determinado experimentalmente, o ponto de vaporização da água é 100,00 °C. Sendo assim, podemos perceber uma relação entre a escala velha e a nova de temperatura.

Observa-se que nesse ponto ainda não podemos considerar uma escala absoluta de temperatura. A possibilidade de se obter tal escala só será possível a partir da segunda lei da termodinâmica. Baseando-se na segunda lei da termodinâmica é que obteremos uma escala de temperatura que trabalha independente da substância termométrica. Essa escala absoluta é conhecida atualmente como escala termodinâmica de temperatura. No entanto, é extremamente difícil se operar diretamente nessa escala. Por isso adotamos a Escala Internacional de Temperatura que se aproxima razoavelmente da escala termodinâmica e é fácil de se utilizar.

Essa escala absoluta que é relacionada a escala Celsius é chamada de escala Kelvin(em honra a William Thompson, 1824-1907, que também era conhecido como Lord Kelvin) e representada pela letra K(sem o símbolo de grau). A formula que relaciona essas escalas é dada por

K = °C + 273,15

APLICAÇÕES NA ENGENHARIA

Na engenharia os dois tipos de dispositivos mais conhecidos e utilizados para medir temperatura são o termopar e a termistor.

Figura: Aplicação do termopar

Fonte: http://www.icp3d.50webs.com/stTermopares.htm, acesso em 22/10/2014