Resumo nº1

 

3.1. Conservação da energia

Um sistema juntamente com a sua vizinhança constituem o universo.

 

universo = sistema + vizinhança

 

De acordo com as características das fronteiras, os sistemas podem ser abertos, fechados ou isolados. Assim, um:

Sistema aberto é um sistema em que a fronteira permite troca de matéria e de energia com a vizinhança.

Sistema fechado é um sistema em que a fronteira não permite troca de matéria com a vizinhança; apenas  permite troca de energia.
 

Sistema isolado – é um sistema em que a fronteira não permite troca de matéria nem de energia com a vizinhança.

 

Os sistemas físicos podem ser abertos, fechados ou isolados.

 

Sistema termodinâmico

Designa-se por sistema mecânico um sistema físico em que as variações de energia interna não são tidas em conta.

Quando um sistema não é conservativo, para além da variação da energia mecânica pode ocorrer, também, variação de energia interna. Neste caso, é necessário considerar o sistema como um conjunto de partículas, em número normalmente muito elevado, e o sistema é designado por sistema termodinâmico.

Um sistema termodinâmico é um sistema em que se tem em conta a sua energia interna; é constituído por um número muito elevado de partículas.

 

Temperatura

A temperatura é uma propriedade de um sistema que se relaciona com as sensações de quente e frio, que são subjetivas.

Para se determinar a temperatura da água da tina, coloca-se o termómetro em contacto com a água e aguarda-se até que seja atingido o equilíbrio térmico.

A temperatura é uma propriedade que determina se um sistema está ou não em equilíbrio térmico com outros.

 

Equilíbrio térmico

Considere dois sistemas, A e B, a temperaturas diferentes, que são postos em contacto através de uma parede condutora térmica. As outras paredes são isoladoras térmicas.

A parede condutora térmica permite a passagem de energia do sistema B, que se encontra a uma temperatura mais elevada, para o sistema A, que se encontra a uma temperatura mais baixa.

A transferência de energia entre os sistemas cessa quando estes se encontram à mesma temperatura. Atingiu-se o equilíbrio térmico.

 

Um sistema está em equilíbrio térmico com a vizinhança quando a sua temperatura é a mesma.

 

Lei Zero da Termodinâmica

 

Segundo a Lei Zero da Termodinâmica, dois sistemas em equilíbrio térmico com um terceiro estão em equilíbrio térmico entre si.

 

Lei Zero da Termodinâmica – dois sistemas em equilíbrio térmico com um terceiro estão em equilíbrio térmico entre si.

 

Interpretação microscópica de temperatura

As partículas constituintes de um sistema estão em permanente agitação, possuindo, por isso, energia cinética.

A temperatura é uma grandeza diretamente proporcional à energia cinética média das suas partículas.

A temperatura de um sistema é tanto mais elevada quanto maior for a energia cinética média das suas partículas.

O aumento de temperatura de um sistema equivale a um aumento de energia cinética das suas partículas.

 

 

Energia interna e temperatura

Se tivermos dois sistemas iguais, mas a temperaturas diferentes, o sistema que se encontrar a temperatura mais elevada tem mais energia interna.

Um sistema a temperatura elevada tem mais energia interna do que o mesmo sistema a temperatura mais baixa.

Mas, enquanto a temperatura de um sistema não depende do número de partículas que o constituem, a energia interna depende.

De dois sistemas, à mesma temperatura, mas com um número de partículas diferente, o sistema com mais partículas tem maior energia interna.

 

Escala de temperatura Celsius

Uma das escalas de temperatura mais usadas é a escala de temperatura Celsius.

Ao estado térmico em que ocorre a fusão do gelo, à pressão atmosférica normal (primeiro ponto de referência), associa-se a temperatura de 0 °C; ao estado térmico em que ocorre a ebulição da água, à pressão atmosférica normal (segundo ponto de referência), associa-se a temperatura de 100 °C.

A unidade de temperatura na escala de Celsius é o grau Celsius (°C), que corresponde à centésima parte do intervalo de temperatura entre os pontos fixos 0 °C e 100 °C.

Escala de temperatura absoluta

Outra escala de temperatura muito usada é a escala de Kelvin ou escala de temperatura absoluta, onde o zero da escala é o zero absoluto, que é a temperatura mais baixa que, teoricamente, se pode atingir.

A unidade SI de temperatura é o kelvin, K.

 

Nesta escala e à pressão atmosférica normal, a temperatura correspondente à fusão do gelo é 273,15 K e a temperatura correspondente à ebulição da água é 373,15 K.

Entre estes dois pontos fixos existem 100 divisões iguais. Cada divisão é 1 kelvin. Portanto, a variação de temperatura de um kelvin é igual à variação de temperatura de um grau Celsius.

A unidade de temperatura na escala de temperatura termodinâmica ou escala de Kelvin é o kelvin (K). A variação de temperatura de um kelvin (1 K) é igual à variação de temperatura de um grau Celsius (1 °C).

 

Relação entre a escala de Celsius e a escala de Kelvin

A relação entre a temperatura na escala de Kelvin (T) e a temperatura na escala de Celsius (θ ou t) é a seguinte:

T = θ + 273,15      ou       T = t + 273,15

 

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