Termodinamica

Termodinâmica é o ramo da física que estuda as leis que regem as relações entre trabalho, calor e energia térmica, geralmente tratada como a energia interna dos sistemas. A termodinâmica está preocupada com a modelagem matemática do mundo real, sendo que os conceitos centrais neste estudo servem para caracterizar um sistema termodinamicamente em equilíbrio, sendo que Pressão, Temperatura e Volume são variáveis mensuráveis macroscopicamente e determinam o estado de equilíbrio termodinâmico.

1ª Lei da Termodinâmica:

A primeira lei da termodinâmica nada mais é que o princípio da conservação de energia e, apesar de ser estudado para os gases, pode ser aplicado em quaisquer processos em que a energia de um sistema é trocado com o meio externo na forma de calor e trabalho. Elucidando que a energia total transferida para um sistema é igual à variação de sua energia interna, ou seja, em todo processo natural, a energia do universo se conserva sendo que a energia do sistema quando isolado é constante. Observa-se também a equivalência entre trabalho e calor, onde se constatou que a variação Q - W é a mesma para todos os processos termodinâmicos.

A energia interna de um sistema, isto é, a sua capacidade de realizar trabalho, também pode ser alterada pela troca de energia com a vizinhança na forma de calor. Em termodinâmica, calor é a energia transferida em consequência de uma diferença de temperatura. A energia flui na forma de calor de uma região de temperatura alta para uma região de baixa temperatura.

Podemos afirmar que em qualquer processo termodinâmico analisado, a quantidade de calor Q recebida pelo sistema é igual ao trabalho realizado por ele mais a variação da energia interna. Assim, podemos expressar a primeira lei da termodinâmica, em termos matemáticos, da seguinte maneira:

Q = T + ΔU

Dessa forma, podemos dizer que quando o sistema recebe calor, ele pode variar a energia interna e/ou realizar trabalho. Por exemplo, quando colocamos um recipiente com gás sobre uma chama, o gás se expande realizando trabalho e aumenta sua temperatura, ou seja, aumenta sua energia interna.

Nesse tipo de processo termodinâmico, parte do calor que o gás recebe é transformado em energia interna e parte desse calor é utilizado para realizar trabalho termodinâmico. Assim, a soma dessas duas parcelas é igual ao calor recebido, pois sabemos que a energia não pode ser criada e nem destruída, mas apenas transformada. Com isso podemos definir que um determinado gás realiza trabalho quando seu volume aumenta (T positivo). Quando seu volume diminui, o trabalho é realizado sobre o gás (T negativo).

Quando fornecemos a um sistema certa quantidade de energia Q, esta energia pode ser usada de duas maneiras:

1. Uma parte da energia pode ser usada para o sistema realizar um trabalho (t), expandindo-se ou contraindo-se, ou também pode acontecer de o sistema não alterar seu volume (t = 0);

2. A outra parte pode ser absorvida pelo sistema, virando energia interna, ou seja, essa outra parte de energia é igual à variação de energia (ΔU) do sistema. Se a variação de energia for zero (ΔU = 0) o sistema utilizou toda a energia em forma de trabalho.