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Conheça a 1ª Lei da Termodinâmica, que relaciona a energia interna de um sistema à sua temperatura e capacidade de realizar e receber trabalho.

Introdução

Muitas usinas e motores operam transformando energia térmica em trabalho. Isso porque um gás aquecido pode realizar trabalho em turbinas mecânicas ou pistões, fazendo com que eles se movam.

A primeira lei da termodinâmica aplica o princípio de conservação de energia a sistemas em que a transferência de energia para dentro e para fora do sistema se dá pela transferência de calor e pela realização de trabalho.

A primeira lei da termodinâmica diz que a variação na energia interna de um sistema (ΔU) é igual à transferência de calor resultante para dentro e para fora do sistema (Q), mais o trabalho resultante realizado no sistema (W). Na forma de equação, a primeira lei da termodinâmica é,

Ela simplesmente diz que você pode aumentar a energia interna de um sistema aquecendo-o ou realizando trabalho nele.

O que significa cada um desses termos?

Nada exemplifica a primeira lei da termodinâmica tão bem quanto um gás preso em um recipiente com um pistão móvel encaixado firmemente (como mostrado na Figura 1). Vamos considerar que o pistão possa se mover para cima e para baixo, comprimindo o gás ou permitindo que ele se expanda (mas o gás não pode sair do recipiente).

As moléculas de gás presas no recipiente são o sistema. Atente que elas se movimentam, possuindo energia cinética e temperatura maior do que o zero absoluto ou 0K.

A energia interna U desse sistema pode ser pensada como a soma de todas as energias cinéticas de todas as moléculas de gás presas dentro do recipiente. Assim, se a temperatura T do gás aumenta, as moléculas aumentam sua velocidade e a energia interna U do gás também aumenta (o que significa que ΔU é positivo).

Da mesma forma, se a temperatura T do gás diminui, as moléculas diminuem sua velocidade, e a energia interna U do gás também diminui (o que significa que ΔU é negativo).

É realmente importante lembrar que a energia interna U e a temperatura T aumentarão quando a velocidade das moléculas de gás aumentar, já que elas são, na verdade, duas maneiras de medir a mesma coisa: quanta energia há em um sistema.

Como a temperatura e a energia interna são diretamente proporcionais, temos que, se a energia interna dobrar de valor, a temperatura também dobrará.

Da mesma forma, se a temperatura não alterar seu valor, a energia interna também não irá variar.

A energia interna U desse sistema e sua temperatura podem ser aumentadas pela transferência de calor Q para o gás. Para fazer isso, basta colocar o recipiente sobre uma chama ou submergi-lo em água fervendo.

A alta temperatura do ambiente externo, em relação às paredes e ao interior do recipiente, fará com que o calor flua para o interior e aqueça o gás, fazendo com que suas moléculas se movam mais rápido. Quando o calor é absorvido e aquece o gás, Q é um número positivo.

Por outro lado, podemos diminuir a energia interna do gás transferindo calor para fora dele. Isso pode ser feito colocando o recipiente em um banho de gelo. Se o calor deixar o gás, Q será um número negativo.

Essa convenção de sinais para o calor Q está representada na Figura 2.

Como o pistão pode se mover, ele pode realizar trabalho no gás, movendo-se para baixo e comprimindo o gás.

A colisão do pistão que se move para baixo com as moléculas de gás faz com que as moléculas se movam mais rápido, aumentando a energia interna total do sistema. Se o gás for comprimido, o trabalho realizado no gás W será um número positivo.

Por outro lado, se o gás se expande e empurra o pistão para cima, um trabalho é realizado pelo gás. A colisão das moléculas de gás com o pistão que recua faz com que as moléculas se movam mais devagar, diminuindo a energia interna do gás. Se o gás se expande, o trabalho realizado no gás W é um número negativo.

Essa convenção de sinais para o trabalho W está representada na Figura 3.

Na tabela abaixo resumimos as convenções de sinais para as três grandezas da 1ª Lei da Termodinâmica:

ΔU (variação na energia interna)

Q (calor)

W (trabalho realizado no gás)

+ se T aumenta

+ se entrar calor no gás

+ se o gás for comprimido

− se T diminui

− se o calor deixar o gás

− se o gás se expandir

Zero se T for constante

Zero se não houver troca de calor

Zero se o volume for constante

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Primeira lei da termodinâmica (artigo) | Khan Academy

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Identificar e explicar os diferentes modos de transferência de energia como calor.

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Discussão guiada sobre os conceitos de termodinâmica e transferência de energia como calor.

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Simulação Phet - Conservação da Energia -Transformação e Transferência de Energia - Condução de Calor - Correntes de convecção - Radiação

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Simulação Phet - Conservação da Energia -Transformação e Transferência de Energia - Condução de Calor - Correntes de convecção - Radiação

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Utilizar simulações online para observar os diferentes processos de transferência de energia como calor. Incentivar o uso de Padlet para compartilhar observações.

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Explore how heating and cooling iron, brick, water, and olive oil adds or removes energy. See how energy is transferred between objects. Build your own system, with energy sources, changers, and users. Track and visualize how energy flows and changes through your system.

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Realizar um experiência prático para demonstrar a transferência de calor por condução, convecção e radiação.

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Trab 4- CAPACIDADE TÉRMICA MÁSSICA_16_17

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Preparar e apresentar em grupos a conclusão da atividade prática

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Realizar um quiz online para avaliar o conhecimento dos alunos sobre os conteúdos abordados

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TERMODINÂMICA quiz for 1st grade students. Find other quizzes for Physics and more on Quizizz for free!

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Rever os pontos principais da aula e discutir as descobertas mais interessantes e a perspetiva histórica.

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Relação Ciência - Sociedade - Tecnologia

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Relação Ciência - Sociedade - Tecnologia

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Sentir calor nos dias de hoje virou rotina de norte a sul do país, causada sempre pelas três formas de transferência de calor. Você conhece elas? Leia abaixo que vamos lhe explicar cada uma delas:

Transferência de Calor

A termodinâmica é o campo da física e engenharia mecânica que estuda as relações de temperatura. Basicamente existem três formas distintas de transferência de calor. Cada uma delas influencia o conforto térmico diferentemente, até mesmo na proporção, dependendo sempre da situação. São elas a condução, a convecção e a radiação.

Primeiramente, vale lembrar que toda transferência de calor ocorre sempre do ponto mais quente para o ponto mais frio. Isto tem a ver com as leis da termodinâmica que afirmam que os sistemas estão sempre buscando equilíbrio. Este equilíbrio tem a ver com a energia, e no caso deste artigo, com a energia em forma de calor.

Nesta postagem vamos introduzir um pouco mais como cada uma é descrita na teoria, com exemplos práticos que facilitarão a compreensão. Existem outros posts em nosso blog que abordam em específico cada uma delas. A transferência de calor sempre vai existir, pois todo sistema tende a ser uniforme. Com isso o calor sempre será difundido até atingir a homeostase, ou seja, um equilíbrio de temperatura. Sendo assim, confira os 3 vilões do conforto térmico:

1. Condução Térmica

A condução é o modo pelo qual o calor é transferido através de um meio material. Apesar de não conseguimos ver a olho nu, esta forma acontece de uma molécula (ou átomo) para sua vizinha. Resumindo, a condução acontece pelo contato da matéria. Primordialmente ocorre a condução principalmente em materiais sólidos, onde as partículas estão bem próximas uma das outras.

A rapidez com que o calor é conduzido vai depender de vários fatores. São eles:

Tamanho do sistema;

Composição dos materiais do sistema;

Diferença de temperatura entre áreas.

Existem materiais que são melhores condutores que outros. Os metais, por exemplo, conduzem 300 vezes mais calor que a madeira. Vale lembrar que depende sempre da densidade e a composição tanto da madeira como do metal em questão. Como o calor se propaga de partícula para partícula, corpos mais densos, com maior número de partícula por unidade de volume são bons condutores. Isto explica porque os metais são bons condutores e a madeira nem tanto. Abaixo listamos alguns materiais comuns e seu valor de condutividade térmica:

Pelo mesmo motivo, os líquidos e gases não são bons condutores de calor. Um exemplo prático da condução em ação é o calor de uma frigideira fritando uma carne. O calor da chama do fogão aquece rapidamente o metal da frigideira que por condução deste mesmo calor cozinha a carne que está em contato com a frigideira. Vale lembrar que os valores acima correspondem apenas a como os materiais se comportam com a condução como transferência de calor. Os valores de condutividade K não consideram as outras formas de transferência, que em muitos casos são mais importantes que a própria condução.

2. Convecção Térmica

A convecção é também um importante meio de transferência de calor de massa em fluidos - líquidos e gases. A convecção acontece das seguintes formas:

Difusão (movimento aleatório de partículas individuais em fluidos);

Pelo movimento que ocorre nas correntes ascendentes de um fluido;

Pelo movimento de moléculas mais quentes (com mais energia) dentro de um sistema.

Um jeito fácil de pensar na convecção é que o quente sobre e o frio desce. Por isso, é indicado que aquecedores fiquem na parte inferior de um cômodo e o ar condicionado deve ser instalado na parte superior do ambiente. O aquecedor vai ser mais efetivo ao esquentar o ar frio que desce, e igualmente o ar condicionado vai ser mais efetivo ao resfriar o ar quente que sobe. Caso tenha dúvidas sobre conforto térmico, fizemos uma postagem muito bacana sobre o assunto.

Por esse mesmo motivo os exaustores de galpões industriais são sempre colocados nos telhados e nos cantos superiores de galpões. Desta forma ele vai permitir a saída do ar quente pela convecção natural. Igualmente coifas de cozinhas feitas normalmente de metal ajudam a criar um movimento forçado da fumaça e gases para cima.

O princípio é bem básico e relacionado justamente à densidade dos materiais no sistema. Exemplificando, A água quente é menos densa que a água fria, portanto ela subirá. Enquanto isso a água que estiver mais fria, estará mais densa, e vai descer dentro deste mesmo sistema. Afim de resumir este conceito, separamos um vídeo bem instrutivo feito pelo canal Canada Science and Technology Museum que mostra esse efeito de maneira bem didática. Ele está em inglês, mas é só ativar a tradução para o português que ele tem legendas.

O ar também é considerado um fluido pela termodinâmica, e a troca de calor por convecção vai influenciar demais na temperatura interna.

3. A radiação térmica

Para finalizar falaremos da radiação, o principal vilão do conforto térmico. A radiação é a fonte primária de calor, influenciando na convecção e condução no que diz respeito à construção civil. Certamente a maior fonte energética e de calor que nós temos é o Sol e a radiação advinda dele é a responsável por aquecer todo nosso planeta. Por causa disso, é possível afirmar que a tecnologia para geração de energia do futuro (e do presente) são as placas de captação da energia que vem da radiação solar.

Inegavelmente, no campo da construção civil a zona climática, bem como a exposição ao sol durante o dia são fatores que influenciam muito na temperatura interna de uma edificação. Além disso, livros de física descrevem a radiação como a propagação da energia de um ponto ao outro, seja no vácuo ou em qualquer meio material. Portanto pode ser classificada como energia em trânsito, pois pode ocorrer através de uma onda eletromagnética ou partícula. Só para exemplificar, todo corpo emite radiação, e quanto mais quente um material está, mais radiação ele emitirá.

Um exemplo da atuação da radiação é o calor que se sente ao se expor ao sol e a diminuição desta sensação ao ficar em um local de sombra. Quanto menos radiação um corpo recebe, menos calor ele sentirá. Vale lembrar que a radiação infravermelha é mais energética, ou transporta mais e calor que as visíveis e que as ultravioletas.

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Conheça as 3 formas de transferência de calor, vilões do conforto termico

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Sentir calor nos dias de hoje virou rotina de norte a sul do país, causada sempre pelas três formas de transferência de calor. Você conhece elas? Leia abaixo que vamos lhe explicar cada uma delas: A termodinâmica é o campo da física e engenharia mecânica que estuda as relações de temperatura.

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Processos de Transferência de Energia - Condução

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Processos de Transferência de Energia - Condução

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Processos de transferência de Energia - Convecção

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Processos de transferência de Energia - Radiação

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Processos de transferência de Energia - Radiação

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Radiation Experiment | Heat | How Do Exterior Wall Colors Affect The Temperature Inside A Building?

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Leitura da biografia de James Joule

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James Prescott Joule (; 24 December 1818 - 11 October 1889) was an English physicist, mathematician and brewer, born in Salford, Lancashire. Joule studied the nature of heat, and discovered its relationship to mechanical work (see energy). This led to the law of conservation of energy, which in turn led to the development of the first law of thermodynamics.

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Leitura do artigo sobre as aplicações da termodinâmica no dia a dia

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Thermodynamics is a great example of how very practical needs can lead to extremely basic, general concepts and relationships. Study thermodynamics definition in detail!

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How is Thermodynamics Useful in Day-to-Day Life?

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Thermodynamics is a great example of how very practical needs can lead to extremely basic, general concepts and relationships. Study thermodynamics definition in detail!

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2.ª Lei da Termodinâmica (Entropia em 3 atos) - Jazz

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2.ª Lei da Termodinâmica (Entropia em 3 atos) - Jazz

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The Second Law of Thermodynamics describes that the state of entropy for the entire universe, as an isolated system, will increase. This means that as a whole, the universe gradually declines into chaos and disorder. This law is infinitely important in understanding how the world came to be, and how life exists. It can be used to help understand how spontaneous chemical reactions are possible, and how every living creature evolved over time by natural selection. The idea of entropy and a gradual decline towards chaos is an idea that I think about all the time as a jazz musician.

Fundamentally, jazz music is improvisatory. The music is made up on the spot, so to say. But that doesn't necessarily mean that the music is random, and you can play whatever you want and call it "jazz." There is a degree of order to jazz. This order is maintained through the building of the jazz idiom, playing the music with people, and learning from professionals, much like the order of a cell is maintained through the spending of energy and specific chemical reaction to makeup and sustain the cell. As a result, jazz has developed a rich pedagogy, including the study relationship between chords and harmony, an extensive library of songs to learn and play, and a diverse jazz language that is the main encyclopedia of improvisation. Jazz is like a language, and there is vocabulary to learn from the masters of the music. By learning and playing solos of jazz masters, you internalize the "licks" and "lines" (words and sentences, respectively) of musicians. These musical ideas sometimes only work over certain sets chord progressions, like an enzyme specifically attaching to its target.

However, sometimes jazz can become so much about maintaining the roots of the music that many players can fall into the trap of playing what they know works over the music, much like a formula. The creative aspect of what jazz is meant to be can be lost, which is why many musicians explored jazz from the context of outside those specific formulas: Free Jazz. Free Jazz takes the language and concepts of jazz, and superimposes it over whatever the players decide; a musician could play a lick or line that is completely unrelated to chord played at that time. Free jazz is a collaboration of the musicians that can either be very structured, or chaotic and unpredictable.

This piece played by myself, Mohan Ritsema on bass, Eliza Salem on drums, and Jordan Anderson on piano is meant to illustrate not only the concept of the 2nd Law of Thermodynamics and Entropy, but also to demonstrate the evolution of jazz as many innovations to the genre lead to more complex harmony and "disorder" in the music. As were thinking through the music, a three movement idea of matter phase changes game to mind: solid to liquid to gas. Solid is hard and unchanging, and can be seen as a foundation, as solid structure can be used to make things that last. This movement will be playing standard jazz over a set of chord changes, with a "solid" foundation of the fundamentals of jazz. Movement 2, Liquid, will feature a jazz concept introduced by John Coltrane, where specific chord changes are superimposed over the standard jazz chords (in this case, the technique is imposed over the song from Movement 1), resulting in music that is more chaotic, but still flows and is tangible, much like liquid. Lastly, Movement 3 will feature a complete breakdown of the music, with random ideas and musical phrases having input from every musician, clashing and hitting each other like Gas particles. By the end, the music will be stripped down to show how despite being in chaos, the energy state is at its lowest and has equilibrated.

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A Jazz Improvisation on the 2nd Law of Thermodynamics, and Entropy in 3 Movements

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The Second Law of Thermodynamics describes that the state of entropy for the entire universe, as an isolated system, will increase. This means that as a whole, the universe gradually declines into chaos and disorder. This law is infinitely important in understanding how the world came to be, and how life exists.