Termodinâmica

Termodinâmica

Termodinâmica é o ramo da física que investiga as leis e processos que regem as relações entre calor, trabalho e outras formas de transformações de energia, mais especificamente as mudanças de energia que a disponibilizem para a realização de trabalho. Por isso, o entendimento da termodinâmica impulsionou e foi impulsionado pela 1ª Revolução Industrial, na qual máquinas utilizavam calor para fornecer trabalho mecânico – as máquinas a vapor – dando origem aos motores e refrigeradores de hoje.

Trabalho em uma transformação gasosa

O trabalho de uma força constante pode ser calculado por meio da expressão τ=F⋅d⋅cosθ onde F representa a intensidade da força, d o deslocamento do objeto durante a aplicação dessa força e θ o ângulo entre as direções da força e do deslocamento. De forma mais geral, quando a força aponta a favor do deslocamento, ou seja, “para frente”, o trabalho pode ser calculado por τ=F⋅d. Quando a força ap­onta contra o deslocamento, ou seja, “para trás”, ele é calculado por τ=−F⋅d .

Suponha um gás encerrado em um recipiente fechado por um êmbolo móvel, que pode deslizar sem resistência com as paredes do recipiente. Suponha também a pressão externa constante sobre o recipiente. Se o embolo se desloca, o volume do gás varia.
Para que o êmbolo suba, por exemplo, as partículas do gás devem exercer uma força F no êmbolo. Pela definição de pressão: p=FA⇒F=p⋅A onde A representa a área do êmbolo. A variação de volume do gás pode ser calculada da seguinte forma: ΔV=Vfinal−Vinicial=A⋅d⇒d=ΔVA

onde d é o deslocamento do pistão. Desta forma, o trabalho realizado pelo gás, durante a expansão, vale:

Ou seja, τ=p⋅ΔV

Assim, o trabalho de um gás, sob pressão constante, pode ser