Aquecendo-se: Calor & Termodinâmica
O calor e a termodinâmica estudam o calor como uma forma de energia transferida e as leis da termodinâmica que governam as transformações de energia, revelando como a energia flui e muda em sistemas. O calor transfere energia devido às diferenças de temperatura, enquanto as leis da termodinâmica ditam como a energia, o trabalho e a entropia se comportam, fornecendo um quadro para entender processos como a eficiência de um motor, o derretimento do gelo e até o destino do universo.
Visão Geral de Calor & Termodinâmica
O calor e a termodinâmica são definidos por conceitos e princípios-chave de comportamento de energia. Aqui está a divisão:
- Transferência de Calor: O movimento de energia térmica devido às diferenças de temperatura, por condução, convecção ou radiação.
- Primeira Lei da Termodinâmica: Conservação da energia—a energia não pode ser criada nem destruída, apenas transferida ou transformada (ΔU = Q - W).
- Segunda Lei da Termodinâmica: A entropia de um sistema isolado aumenta; o calor flui do quente para o frio espontaneamente.
- Terceira Lei da Termodinâmica: À medida que a temperatura se aproxima do zero absoluto (0 K), a entropia de um sistema se aproxima de um mínimo.
Exemplos de Calor & Termodinâmica
Exemplos de Transferência de Calor
- Condução: Uma colher de metal em sopa quente aquece-se à medida que o calor conduzido vem da sopa.
- Convecção: Ar quente sobe em uma sala aquecida, criando uma corrente de convecção.
- Radiação: O sol aquece a Terra através de ondas eletromagnéticas no espaço.
Exemplos da Primeira Lei da Termodinâmica
- Em um motor a gasolina, 500 J de calor (Q) são adicionados, 200 J de trabalho (W) são realizados, aumentando a energia interna em 300 J (ΔU = Q - W).
- Um cubo de gelo derretendo absorve 1000 J de calor sem trabalho, elevando sua energia interna em 1000 J.
- Comprimir um gás com 300 J de trabalho enquanto perde 100 J de calor diminui a energia interna em 200 J.
Exemplos da Segunda Lei da Termodinâmica
- Um cubo de gelo derrete em uma sala quente à medida que o calor flui da sala (quente) para o gelo (frio).
- Um refrigerador transfere calor de dentro (frio) para fora (quente), mas requer trabalho da eletricidade.
- Um motor de carro perde alguma energia como calor, aumentando a entropia do ambiente.
Exemplos da Terceira Lei da Termodinâmica
- Em 0 K, a entropia de um cristal perfeito é zero, pois o movimento molecular cessa.
- A entropia do hélio se aproxima de um mínimo perto do zero absoluto, mas nunca atinge totalmente 0 K.
- Resfriar um gás para perto de 0 K reduz sua entropia a um valor mínimo.