A Termodinâmica (do grego therme =
calor e dynamis = movimento) é o ramo da Física
que estuda os efeitos da mudança de temperatura, volume e pressão, empregados
em sistemas físicos em escala macroscópica. De uma forma mais simples, a
termodinâmica procura explicar os mecanismos de transferência de energia térmica
a fim de que estes realizem algum tipo de trabalho. Ela não trabalha com
modelos da microestrutura da substância e tampouco é capaz de fornecer detalhes
desse tipo de estrutura, mas uma vez que alguns dados sejam conhecidos, algumas
propriedades podem ser determinadas.
Para entendermos melhor a respeito da termodinâmica
se faz necessário definirmos alguns conceitos importantes:
O primeiro a ser definido será o sistema
termodinâmico. Esse sistema é um espaço ou região definido por limites reais
ou imaginários, que selecionamos com o objetivo de delimitar o estudo da
energia e suas transformações. O sistema selecionado poderá ser grande ou
pequeno, como por exemplo, um sistema de refrigeração de um refrigerador ou
condicionador de ar, ou simplesmente o gás que ocupa o espaço do cilindro num
compressor. Outra característica do sistema é a que o define como fechado ou
aberto. Um sistema fechado é aquele em que somente a energia transpõe os
limites do sistema, enquanto no aberto, tanto a energia quanto uma certa
quantidade de matéria transpões os limites.
O segundo conceito é o de estado de um
sistema. Este será descrito pelo conjunto de propriedades físicas do
sistema, como a temperatura, pressão, volume, massa, entropia, etc. O estado é
uma condição momentânea do sistema, onde somente pode ser descrito enquanto as
propriedades deste sejam imutáveis naquele momento, enquanto há o equilíbrio.
O terceiro é o processo. Um
processo é o caminho que um sistema usa para percorrer sucessivos estados
termodinâmicos. Dentre diferentes processos temos o de quase equilíbrio:
aquele em que o desvio do equilíbrio termodinâmico é infinitesimal e todos os
estados pelo qual o sistema passa pode ser considerado como estados de
equilíbrio. Muitos processos reais podem ser aproximados com precisão pelo
processo de quase equilíbrio.
Aqui todos os sistemas estudados
serão fechados, homogêneos e com limites reais.
Como nasce a
Termodinâmica
Logo após este evento, o físico e químico Irlandês Robert
Boyle tomou ciência dos experimentos de Guericke, e em 1656, em
coordenação com o cientista Inglês Robert Hooke, construiu uma
bomba de ar. Usando esta bomba, Boyle e Hooke perceberam uma correlação entre
pressão, temperatura e
volume. Em tempo, a Lei de Boyle foi formulada, que estabelece que a pressão e
o volume são inversamente proporcionais. Então, em 1679, baseado nestes
conceitos, um conhecido de Boyle chamado Denis Papin construiu
um forno de pressão (marmita de Papin), que era um vaso fechado com uma tampa
fechada hermeticamente que confinava o vapor até alta pressão ser gerada.
Projetos posteriores incluíram uma válvula de alívio
para o vapor, evitando que o recipiente explodisse devido à alta pressão. Observando o movimento rítmico da válvula de alívio para cima e
para baixo, Papin concebeu a idéia de uma máquina constituída de um pistão e um
cilindro. Mas Papin não seguiu adiante com a idéia. Foi somente em 1697,
baseado nas idéias de Papin, que o engenheiro Thomas Savery construiu
a primeira máquina a vapor. Embora nesta época as máquinas fossem brutas e
ineficientes, elas atraíram a atenção dos principais cientistas da época. Um
destes cientistas foi Sadi Carnot, considerado hoje o "pai da
termodinâmica", que em 1824 publicou "Reflexões sobre a Potência
Motriz do Fogo", um discurso sobre o calor, potência e eficiência demáquinas
térmicas. O texto trouxe as relações energéticas básicas entre a
Máquina de Carnot, o Ciclo de Carnot e a Potência Motriz. Isto
marcou o início da Termodinâmica como ciência moderna.
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