Tire suas dúvidas sobre termodinâmica

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Um dos assuntos mais interessantes na aula de Física de um cursinho para enem, é a termodinâmica. Contudo, muitos alunos acabam tendo dificuldades para entender alguns conceitos e fórmulas.

Se esse é o seu caso, não se preocupe. Neste artigo, vamos analisar os principais pontos dessa matéria para você se sair bem no dia da sua prova. Então, pegue seu lápis, caderno e borracha para anotar seus insights sobre esse tema.

A forma mais simples de entender os temas abordados pela Física é compreendendo os conceitos básicos tratados por essa matéria. Comecemos pela definição de “trabalho”.

Quando você era criança e empurrava o seu carrinho de brinquedo, esse objeto apresentava um trabalho (o movimento) graças à sua iniciativa de empurrá-lo.

Para que você conseguisse movimentar esse objeto, era necessário exercer sobre ele uma força. Essa força existia porque você transferia a sua energia para esse deslocamento.

Contudo, existem diferentes tipos de energia em nosso planeta. Assim como existem muitos elementos. Sendo assim, a termodinâmica estuda o efeito do calor sobre o trabalho, ou seja, em como a energia térmica pode se transformar em movimento.

Antigamente, era comum que os carros fossem puxados por animais. Sendo assim, o trabalho era gerado por uma energia mecânica. Contudo, a partir da Revolução Industrial, o calor passou a ser utilizado para gerar trabalho.

Um exemplo disso eram as máquinas a vapor. O calor gerado pela queima de combustíveis (madeira, carvão etc.) movimentava os motores, gerando trabalho.

Sabemos que a energia não pode ser criada, apenas transformada. Então, será que essa energia poderia ser transformada, a ponto de fazer com que um gás realizasse um trabalho?

A existência das máquinas a vapor (e outros tipos de motores) nos mostram que sim. Para que isso ocorra é necessário considerar muitas variáveis. A primeira delas é a energia interna do sistema (U).

A energia interna de um gás pode ter a sua pressão, temperatura e volume alterados se esse gás for submetido a um aumento de calor, por exemplo.

Isso quer dizer que o gás preso em um recipiente indeformável, com um êmbolo sobre ele, pode ser capaz de mover esse êmbolo (gerar trabalho) quando submetido ao calor (Q).

Isso ocorrerá porque a agitação das partículas desse gás aumentará a sua energia interna (U), fazendo com que ele se expanda e gere trabalho (t).

Temos então, a primeira lei da termodinâmica: Q = ΔU + t. Perceba que essa é uma lei de conservação de energia, ou seja, todo calor que o gás recebe será usada para gerar trabalho.

Lembre-se que “Q” significa calor trocado, já que esse calor pode ser oferecido ou retirado. “Δ” significa variação e “U” é a energia interna do gás, sendo assim, ΔU é variação de energia. Por fim, “t” é trabalho.

Todos esses termos podem variar entre positivo e negativo. Q é positivo quando o gás ganha calor, negativo quando cede calor e zero quando não há troca de calor. ΔU é positivo quando aumenta a temperatura, negativo quando diminui a temperatura e zero quando não há alteração de temperatura.

O trabalho (t) é positivo quando o gás expande, negativo quando o gás se comprime e é igual a zero quando não há alteração de volume. Nesse caso, temos uma transformação isovolumétrica.

Atenção: nas provas, essa mesma ideia pode aparecer representada por outra fórmula: ΔU = Q-t

Lembre-se que para resolver os exercícios, todos os elementos da fórmula devem estar convertidos na mesma unidade. Como estamos falando de unidades térmicas, é possível usar Joule ou Caloria — jamais os dois ao mesmo tempo.

Caso se depare com algum exercício que apresente os elementos em unidades diferentes, basta fazer a conversão, lembrando que uma caloria equivale 4,18 joules.

Como vimos, a termodinâmica é uma das áreas da Física que está presente no nosso dia a dia, demonstrando como a energia se transforma, gerando movimentos e tornando possível a existência de muitas máquinas necessárias para a humanidade, como os próprios motores.

Por isso, esse tema é constantemente cobrado em provas de vestibular, assim como no Enem. Então, memorize os elementos que compõem a primeira lei da termodinâmica e releia este conteúdo para se sair bem nos exames!