Marília Peres

2012

1.ª Lei da TermodinâmicaFísica – 10º Ano

A ORIGEM DO TERMO CALOR

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Na Antiguidade os Gregos consideravam o fogo como um dos 4 elementos principais e reconheciam a luz e o calor por ele emitidos como sendo propriedades distintas.

O primeiro químico a estudar o calor foi Joseph Black. Nessa altura o calor foi descrito como um fluido que enchia todos os corpos e cujas partículas se repeliam umas às outras. Já então se considerava que a energia perdida, como calor, por um corpo quente era igual à energia ganha por um corpo frio. Nascia, assim, a Teoria do Calórico.

Em 1787, o calórico foi considerado um elemento químico, por Lavoisier, e foi incluído na Tabela Periódica.

Joseph Black (1728 — 1799)Fonte: Wikimedia Commons

A ORIGEM DO TERMO CALOR

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No século XVIII, Benjamin Thompson, pôs em causa a Teoria do Calórico, defendendo que o calor não era uma substância mas sim uma forma de movimento.

Thompson verificou que o calor gerado na perfuração ou fricção de uma broca em peças de bronze usadas para fazer canhões fazia a água entrar em ebulição.

Thompson inferiu que o calor seria uma consequência do movimento das partículas dos corpos e que era transferido da broca para a água, numa quantidade igual ao trabalho realizado pela broca.

Benjamin Thompson, conde de Rumford (1753-1814)

fonte: Wikimedia Commons

A ORIGEM DO TERMO CALOR

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Em 1837, James Prescott Joule, usando um calorímetro, mostrou que o trabalho pode ser convertido em calor.

O calorímetro usado era um dispositivo no interior do qual existem pás presas a um eixo central vertical. Com este instrumento Joule realizou experiências em que verificou que a agitação das pás do calorímetro resultava no aquecimento da água no seu interior.

Para uma dada massa de água, a mesma quantidade de trabalho provocava o mesmo aquecimento, concluindo que calor e trabalho eram, então, duas manifestações diferentes da energia.

Estavam, assim, dados os primeiros passos que iriam levar à formulação da 1.ª Lei da Termodinâmica.

James Joule (1818 - 1889)Fonte: Wikimedia Commons

A ORIGEM DO TERMO CALOR

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Fonte: Casa das Ciências Autoria de Dr. Michael R. Gallis http://www.casadasciencias.org/index.php?option=com_docman&task=doc_details&gid=15659126&Itemid=23

Experiência de Joule

A ORIGEM DO TERMO CALOR

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Fonte: http://www.youtube.com/watch?v=mRu4Wdi5lP8

Experiência de Joule: calor e temperatura

APLICAÇÕES DA 1.ª LEI DA TERMODINÂMICA

De um modo geral podemos considerar que a variação da energia interna de um sistema se deve a trocas de radiação ou de trabalho e calor.

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TRANSFORMAÇÕES ADIABÁTICAS

Nas transformações adiabáticas não há transferência de energia sob a forma de calor, ou seja, o calor do sistema mantém-se constante.

A variação da energia interna do sistema deve-se somente à realização de trabalho.

Este pode ser devido:

- à compressão rápida de um gás

- ou expansão rápida de um gás

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Fonte: Porto Editora

TRANSFORMAÇÕES ISOTÉRMICAS

As transformações isotérmicas ocorrem a temperatura constante.

Quando não há variação de temperatura dum sistema numa transformação, também não há variação da sua energia interna. Assim:

Portanto, para perder ou ganhar energia sob a forma de calor o sistema tem de o compensar com a realização de trabalho.

Onde: W >0 => Q<0 ou W<0 => Q>0

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Este tipo de transformação verifica-se sempre em situações de compressão e de expansão lenta de um gás, agitação mecânica, etc.

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Fonte: http://phet.colorado.edu/en/simulation/states-of-matter

TRANSFORMAÇÕES ISOBÁRICAS

As transformações isobáricas ocorrem a pressão constante.

A variação da energia interna nestas transformações é igual ao trabalho realizado sobre o sistema quando este sofre uma variação de volume, a pressão constante

(DEi = W), tal que:

W = p.DV

Este tipo de transformação ocorre no aquecimento ou arrefecimento de um líquido em sistema aberto, onde a pressão é constante e igual à atmosférica

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Fonte: Porto Editora

TRANSFORMAÇÕES ISOCÓRICAS

As transformações isocóricas ocorrem a volume constante. Quando o volume de um sistema é constante o trabalho é nulo (W = 0), logo, a variação da energia interna do sistema depende do calor que o sistema recebe ou cede.Assim: DEi = Q

Esta transformação é típica de situações em que se verifique o aquecimento ou arrefecimento de um líquido num sistema fechado com fronteira rígida.

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Fonte: Porto Editora