Leis da Termodinâmica
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1. INTRODUÇÃO
A termodinâmica é o ramo da física que estuda as causas e os efeitos de mudanças na temperatura, pressão e volume (e de outras grandezas termodinâmicas fundamentais em casos menos gerais) em sistemas físicos em escala macroscópica. Grosso modo, calor significa "energia" em trânsito, e dinâmica se relaciona com "movimento". Por isso, em essência, a termodinâmica estuda o movimento da energia e como a energia cria movimento. Historicamente, a termodinâmica se desenvolveu pela necessidade de aumentar-se a eficiência das primeiras máquinas a vapor, sendo em essência uma ciência experimental, que diz respeito apenas a propriedades macroscópicas ou de grande escala da matéria e energia.
Neste trabalho, serão enunciadas e comentadas as leis da termodinâmica.
2. LEI ZERO DA TERMODINÂMICA
A lei zero da termodinâmica afirma que "Se dois corpos A e B estão separadamente em equilíbrio térmico com um terceiro corpo T, A e B estão em equilíbrio térmico entre si" Essa lei permite a definição de uma escala de temperatura, como por exemplo, as escalas de temperatura Celsius, Fahrenheit, Kelvin, Réaumur, Rankine, Newton e Leiden.
O conceito intuitivo que temos sobre temperatura é muito subjetivo. Se em um dia frio tocarmos em um objeto de madeira e em um de metal, ambos à temperatura ambiente, por exemplo, teremos a impressão de que o objeto de metal está mais frio. Isso ocorre porque, como nosso corpo não está em equilíbro térmico com eles, haverá troca de energia em forma de calor entre nosso corpo e os objetos. Como o metal é melhor condutor que a madeira, o calor será transferido mais rapidamente e é essa troca rápida de energia que nos dá a impressão de que o material está mais frio. Surgiu a necessidade, então, de um conceito de temperatura que fosse absoluto, que não dependesse somente da nossa percepção de quente e frio.
No ano de 1853, Rankine definiu temperaturas iguais da seguinte Lei zero da termodinâmica
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Lei Zero da Termodinâmica
A lei zero da termodinâmica trata especificamente de equilíbrio térmico, ou seja, ela diz que todo corpo ou objeto possui uma grandeza física que é denominada temperatura. Quando 2 corpos estão em equilíbrio térmico, suas temperaturas são iguais . Podemos utilizar um exemplo bastante simples para ilustrar: - Supomos que uma xicara de café que está em cima de uma mesa vai se esfriando até o ponto em que dentro de algum tempo, a temperatura do café estará igual a temperatura ambiente atingindo o equilíbrio térmico.
Na figura abaixo, podemos ver este exemplo de uma forma bastante prática quando o leite gelado é misturado ao café. Vemos aqui que o leite (1° elemento) e o café (2° elemento) tendem a entrar em equilíbrio térmico e ambos atingirão a mesma temperatura ocorrendo assim o equilíbrio térmico entre os 2 e, passado mais algum tempo ela tenderá a ficar na temperatura do ambiente em que se encontra ( 3°elemento).
O Termômetro
Um instrumento bastante utilizado para se medir temperaturas é o termômetro.
Ele é a demonstração viva de que, quando o termômetro está em contato com algum objeto ele tende entrar em equilíbrio térmico com este corpo alterando assim o valor contido em uma escala linear através do deslocamento de uma substancia que dilata o seu volume quando submetido a temperatura. Por exemplo temos o mercúrio ou o álcool que são substâncias muito utilizada em termômetros devido as suas propriedades de dilatação.
Escalas Celsius e Fahrenheit
A escala Kelvin (K) é muito utilizada pelos cientistas, popularmente falando a escala mais utilizada hoje é a escala Celsius (°C). Nos Estados Unidos a escala mais utilizada é a Fahrenheit (°F).
Como estas escalas possui “zero” de temperaturas diferentes há necessidade de conversão entre as escalas. Sendo assim temos:
Relação de temperatura entre as escalas Celsius e Kelvin
Tc = T – 273,15
Relação de temperatura entre as escalas Celsius e Fahrenheit:
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Quando dois objetos estão em equilíbrio térmico com um terceiro objeto Eles estão em equilíbrio entre si é chamada?
A lei zero da Termodinâmica diz que se dois corpos que apresentam a mesma temperatura, estão em contato com um terceiro corpo, então todos terão a mesma temperatura e não haverá troca de calor entre eles, caracterizando o equilíbrio térmico. A lei zero da Termodinâmica foi nomeada dessa forma pelo físico Ralph H.
O que acontece quando dois corpos estão em equilíbrio térmico?
O equilíbrio térmico ocorre quando os componentes de um sistema termodinâmico transferem calor entre si, sempre no sentido do corpo mais quente para o corpo mais frio, até que sua temperatura seja equilibrada. Para que ocorra o equilíbrio térmico, é necessário que os corpos estejam em contato térmico.
Como ocorre o equilíbrio térmico entre 2 corpos de temperaturas diferentes?
O equilíbrio térmico é atingido de acordo com a transferência de energia térmica entre corpos de diferentes temperaturas, essa transferência, por sua vez, é chamada calor.
Qual é a relação entre equilíbrio térmico?
De acordo com ela, o equilíbrio térmico é atingido quando dois ou mais corpos recebem a mesma quantidade de calor, no entanto, essa não é a definição de equilíbrio térmico.