O que são processos termodinâmicos?
Todo mundo está quente. Ou melhor, todo mundo tem calor. Cada átomo e molécula em seu corpo passa por constantes movimentos aleatórios que são impossíveis de prever. Esses movimentos aleatórios são o que chamamos de energia térmica.
A termodinâmica é o estudo do movimento do calor. Se você tocar em um bloco de gelo, nem sempre será agradável, a menos que seja um dia muito quente. Se você tirar uma panela quente do forno, vai se queimar. Ambas as coisas acontecem devido à rapidez com que o calor está se movendo. O calor da frigideira quente passa rapidamente para a sua mão e, ao tocar em um cubo de gelo, você perde rapidamente o calor do seu corpo. Transferências de calor de lugares quentes para lugares frios – ou em outras palavras, o calor se espalha. Calor ou frio extremos podem danificar nossos tecidos, então é uma coisa muito importante de entender. É também como construímos refrigeradores e grandes refrigeradores isolados para levar para a praia.
Esses são exemplos das muitas coisas que podemos fazer com o calor se entendermos como ele se move dentro ou entre os sistemas. Um sistema é apenas um objeto ou área particular que estamos olhando. Nosso sistema pode estar dentro de uma garrafa térmica, ou pode ser o corpo humano inteiro ou apenas nossa pele, ou o gás dentro de um pistão. Nós escolhemos o sistema que queremos analisar por conveniência.
Então, podemos ver como o calor entra, sai e dentro desse sistema. Podemos ver como o sistema muda. Um processo termodinâmico é qualquer processo que envolve a movimentação de energia térmica dentro de um sistema ou entre sistemas. Nesta lição, veremos os quatro tipos de processos termodinâmicos.
Os quatro tipos de processos termodinâmicos
Os quatro tipos de processos termodinâmicos são isobárico, isocórico, isotérmico e adiabático. Esses termos são muito difíceis de entender apenas pelos nomes, então vamos dividi-los um de cada vez.
Processo Isobárico
Um processo isobárico é aquele em que a pressão do sistema (geralmente um gás) permanece constante. ‘ Iso ‘ significa o mesmo, e ‘ bárico ‘ significa pressão. A pressão está relacionada à quantidade de força que as moléculas aplicam às paredes do recipiente. Imagine que você tem um gás dentro de um pistão móvel e o aquece. Ao aquecer o gás, você faz com que as moléculas se movam mais rápido, o que normalmente aumentaria a pressão. Mas, ao mesmo tempo, o pistão se expande, aumentando o volume e dando às moléculas mais espaço para se moverem. Como as paredes do recipiente agora são maiores, a pressão pode permanecer a mesma, mesmo que as moléculas se movam mais rápido. Isso o torna um processo isobárico.
Processo Isocórico
Um processo isocórico é aquele em que o volume do sistema permanece constante. Novamente, ‘iso’ significa o mesmo e ‘choric’ significa volume. Volume é a quantidade de espaço que o material ocupa. Portanto, isso seria como aquecer um gás em um recipiente sólido não expansível. As moléculas se moveriam mais rápido e a pressão aumentaria, mas o tamanho do recipiente permanece o mesmo.
Processo Isotérmico
Um processo isotérmico é aquele em que a temperatura do sistema permanece constante. O térmico está relacionado ao calor, que por sua vez está relacionado à temperatura. A temperatura é a energia térmica (movimento) média das moléculas de uma substância.
Um exemplo de processo isotérmico seria se pegássemos um gás preso atrás de um pistão móvel e o comprimíssemos: o volume diminuiu e a pressão atrás do pistão aumentou, já que as moléculas têm menos espaço para se mover. Quando você comprime um pistão, está usando energia – você está trabalhando no gás – então normalmente as moléculas ganhariam energia e se moveriam mais rápido, e a temperatura aumentaria. Portanto, a única maneira de um processo isotérmico acontecer é se toda a energia que você coloca para comprimir o gás sair novamente, por exemplo, colocando um reservatório frio em contato com o pistão.
Em um processo isotérmico, qualquer energia que colocamos no sistema sai imediatamente do sistema novamente. No mundo real, você teria que mover o pistão infinitamente devagar para que isso acontecesse, mas você ainda pode fazer algo que se aproxima disso movendo-se muito lentamente.
Processo Adiabático
Um processo adiabático é aquele em que nenhum calor flui para dentro ou para fora do sistema. Não podemos aquecer o sistema colocando um reservatório quente próximo a ele e não podemos resfriar o sistema colocando um reservatório frio próximo a ele. O sistema está perfeitamente isolado. Em um processo adiabático, você pega o gás atrás do pistão e o move para cima ou para baixo para alterar o volume e, como resultado, a pressão e a temperatura mudam.
Se você comprimir o pistão, tanto a temperatura quanto a pressão aumentam porque você adicionou energia ao sistema fazendo trabalho (empurrando o pistão para baixo). Se você deixar o pistão expandir, a temperatura e a pressão diminuirão. Para que isso aconteça na vida real, você precisaria de um material isolante perfeito ou empurraria o pistão infinitamente rápido.
Resumo da lição
A termodinâmica é o estudo do movimento do calor, que é o movimento das moléculas. Um processo termodinâmico é quando o calor se move, seja dentro de sistemas ou entre sistemas.
Existem quatro tipos de processos termodinâmicos idealizados: um processo isobárico é aquele em que a pressão permanece constante e a temperatura e o volume mudam um em relação ao outro. Um processo isocórico é aquele em que o volume permanece constante e a temperatura e a pressão mudam uma em relação à outra. Um processo isotérmico é aquele em que a temperatura permanece constante e a pressão e o volume mudam em relação um ao outro. Um processo adiabático é aquele em que nenhum calor flui para dentro ou para fora do sistema: pressão, volume e temperatura mudam entre si.
Juntos, esses quatro processos nos ajudam a entender como o calor se move. Embora muitos deles não sejam possíveis na vida real, ao compreender essas situações idealizadas, podemos entender melhor as situações mais confusas e complexas do mundo ao nosso redor.
Termos chave
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Termodinâmica – o estudo do movimento do calor
Processo termodinâmico – qualquer processo que envolve energia térmica em movimento dentro de um sistema ou entre sistemas
Processo isobárico – um processo onde o volume do sistema permanece constante
Iso – raiz da palavra que significa o mesmo
Choric – parte da palavra que significa volume
Processo isotérmico – um processo onde a temperatura do sistema permanece constante
Térmico – raiz da palavra relacionada ao calor
Processo adiabático – um processo onde nenhum calor flui para dentro ou para fora do sistema
Resultados de Aprendizagem
Após esta lição, você deverá ser capaz de:
- Identificar sistemas termodinâmicos comuns
- Articular diferentes tipos de processos dentro da termodinâmica