Termodinamica

UFMT-UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO

INSTITUTO UNIVERSITÁRIO DO ARAGUAIA

ENGENHARIA DE ALIMENTOS

TERMODINÂMICA

WHALLANS RAPHAEL COUTO MACHADO

Pontal do Araguaia – MT

2007

Introdução

A descoberta de meios para utilização de fontes de energia diferentes da que os animais forneciam foi o que determinou a possibilidade da revolução industrial. A energia pode se apresentar na natureza sob diversas formas, mas, exceto no caso da energia hidráulica e dos ventos, deve ser transformada em trabalho mecânico por meio de máquinas, para ser utilizada pelo homem. A termodinâmica nasceu justamente dessa necessidade, e foi o estudo de máquinas térmicas que desenvolveu seus princípios básicos.

Termodinâmica é o ramo da física que estuda as relações entre calor, temperatura, trabalho e energia. Abrange o comportamento geral dos sistemas físicos em condições de equilíbrio ou próximas dele. Qualquer sistema físico, seja ele capaz ou não de trocar energia e matéria com o ambiente, tenderá a atingir um estado de equilíbrio, que pode ser descrito pela especificação de suas propriedades, como pressão, temperatura ou composição química. Se as limitações externas são alteradas (por exemplo, se o sistema passa a poder se expandir), então essas propriedades se modificam. A termodinâmica tenta descrever matematicamente essas mudanças e prever as condições de equilíbrio do sistema.

Temperatura

O tato constitui uma das maneiras mais simples de fazer uma distinção entre corpos quentes e frios. Mas essa maneira de avaliação é bastante imprecisa, e além do mais poderá causar dificuldades se as temperaturas dos corpos estiverem muito próximas. Se construirmos uma experiência com três recipientes contendo água, onde um deles está à temperatura ambiente, o segundo a uma temperatura acima da ambiente e o terceiro a uma temperatura abaixo da ambiente. Vamos mergulhar uma das mãos no recipiente com água a uma temperatura acima da ambiente e a outra mão no recipiente com água a uma temperatura abaixo da ambiente, e permanecer pouco mais de um minuto nessa situação. Ao mergulhar as duas mãos no recipiente a temperatura ambiente iremos ter a sensação estranha onde uma mão manda a informação que a água está numa certa temperatura enquanto a outra mão manda uma informação de uma temperatura diferente. A mão que estava no recipiente com água mais fria sente a água mais quente, e a mão que estava no recipiente com água mais quente sente a água mais fria.

Felizmente existem substâncias que nos dão uma medida da temperatura de outros corpos e a relação entre elas. São chamadas de substâncias termométricas.

A temperatura é uma medida da agitação das partículas que compões certo material. Se considerarmos as moléculas um gás, quanto maior a sua temperatura mais energia cinética terão essas moléculas.

Calor

O calor (abreviado por Q) é a energia térmica transferida entre dois corpos que estão a temperaturas diferentes. Logo não há sentido em dizer que um corpo tem mais calor que outro. O calor é uma energia que se transfere de um sistema para outro, sem transporte de massa, e que não corresponde à execução de um trabalho mecânico. A unidade do Sistema Internacional (SI) para o calor é o joule (J).

Todo corpo tem uma certa quantidade de energia interna que está relacionada ao movimento aleatório de seus átomos ou moléculas. Esta energia interna é diretamente proporcional à temperatura do objeto. Quando dois corpos ou fluidos em diferentes temperaturas entram em interação (por contato, ou radiação), eles trocam energia interna até a temperatura ser equalizada. A quantidade de energia transferida é a quantidade de calor trocado, se o sistema for isolado de outras formas de transferência de energia.

Termodinamicamente falando, o calor não é uma função de estado, mas depende do caminho, no espaço de estados, que descreve o sistema em uma evolução quase-estática ou reversível (no sentido termodinâmico) de um estado inicial A até um estado final B.

Os processos pelos quais ocorre transferência de calor são:

• Condução

• Convecção

• Radiação

Há muito tempo, muitos filósofos acreditavam que o calor seria um tipo de fluido invisível e muito leve, que era chamado por Lavoisier de calórico. Segundo essa teoria, um corpo aqueceria quando recebesse calórico e esfriaria quando perdesse.

O que realmente acontece é que um corpo aquece quando aumenta o valor médio da energia associada à vibração de suas moléculas, e esfria quando diminui o valor médio dessa energia.

Definição: Calor é uma forma de energia que é transmitida de um corpo para outro em função da diferença de temperatura. A energia apenas pode ser chamada de calor enquanto há fluxo de um corpo para o outro. Depois de absorvida, não pode mais ser chamada de calor.

Energia interna

Os sólidos, líquidos ou gases apresentam constante movimento (vibrações) em suas partículas. A soma dessas vibrações de um corpo constitui a energia térmica do mesmo.

Equilíbrio térmico: Quando dois corpos com temperaturas distintas são colocados perto um do outro em um mesmo ambiente, há uma troca de energia térmica entre eles. Pode-se verificar então que, ao longo do tempo, eles passam a ter a mesma temperatura, ou seja, adquirem o equilíbrio térmico. O corpo que apresentava temperatura mais alta perde energia térmica, enquanto o outro corpo ganha energia e tem sua temperatura elevada. Essa energia que faz toda essa transição de um corpo para outro é o calor.

Quantidade de calor (Q)

Utiliza-se “Q” para representar a quantidade de calor trocado entre corpos. A unidade de medida utilizada no Sistema Internacional de Unidades (SI) é o joule (J), e a unidade usual é a caloria (cal). Para realizar a transformação de caloria para Joule ou vice e versa usa-se a seguinte relação: 1 cal = 4,18 J.

Convencionalmente,