Mecanismos de transferência de calor: condução e convecção

O processo de transferência de calor nos corpos sólidos denomina-se condução. Neste não se transporta matéria, apenas energia.
O processo de transferência de calor nos fluidos (líquidos ou gases) denomina-se convecção. Ocorre com transporte de matéria.

Sistemas termodinâmicos:

O que é um sistema termodinâmico?

O sistema termodinâmico é um sistema onde são apreciáveis as variações de energia interna, ou seja, existe um sistema termodinâmico desde que hajam variações de energia interna (variações na pressão, temperatura e volume).

Lei zero da termodinâmica:

Se dois sistemas estiverem em equilíbrio térmico com o terceiro, também estão em equilíbrio entre si.

Primeira lei da termodinâmica:

As transferências de energia podem traduzir-se em variações de energia interna dos sistemas. Estas podem ocorrer através de calor, trabalho e emissão de radiações.

A energia interna de um sistema pode aumentar, se receber energia, ou seja se o trabalho for positivo ou diminuir, se ceder energia, ou seja se o trabalho for negativo.

Algumas aplicações (tipos de transformações):

• Adiabática: transformação em que o sistema não recebe nem cede calor às vizinhanças. Nesta a variação da energia interna do sistema é igual ao trabalho realizado.

• Isotérmica: transformação a temperatura constante. Nesta o trabalho realizado sobre o sistema, durante uma compressão lenta do ar, é igual ao calor cedido pelo sistema e durante uma expanção lenta do ar, é igual ao calor recebido pelo sistema.

• Isobárica: transformação a pressão constante. Nesta a variação da energia interna do sistema é igual à soma do trabalho realizado sobre o sistema e da energia posta em jogo. Durante a compressão do gás, temos um trabalho positivo, durante a expansão do gás temos um trabalho negativo.

• Isocórica: transformação a volume constante. Nesta a variação da energia interna do sistema é ogual à energia recebida pelo sistema, como calor.

Segunda lei da termodinâmica:

Postulado de Kelvin: É impossível um sistema receber energia como calor e tranformá-la integralmente em trabalho.

Com este postulado, podemos concluir que há sempre energia dissipada, ou seja nem toda é útil.

Postulado de Clausius: É impossível transferir calor, espontaneamente, de um sistema a temperatura mais baixa para outro sistema a temperatura mais alta.

Podemos então concluir que é transferido calor do sistema mais quente para o mais frio, no entanto, com trabalho, é possível inverter a situação.

É impossível a ocorrência de um processo, no qual há um decréscimo total da entropia. Podemos afirmar que num sistema a entropia está sempre a aumentar, que é impossível obter-se o objecto como no estado inicial por si só. A desordem pode ser reposta (reversível) ou não (irreversível).

Teorema da energia cinética:

A energia cinética está associada ao movimento relativo dos corpos, logo podemos associá-la ao trabalho, pois este é a força que provoca o deslocamento num corpo.

Assim:

• Quando uma força constante actua no sentido do movimento, o trabalho é positivo, aumentando a energia cinética de translação e por conseguinte a velocidade aumenta também.




• Quando uma força actua no sentido oposto ao do movimento, o trabalho é negativo, havendo uma diminuição da energia cinética de translação e por conseguinte da velocidade.




• Quando o trabalho das forças resultantes é nula, a velocidade e a energia cinética manêm-se constante.

Podemos obter estas conclusões através da seguinte fórmula:

O trabalho realizado pela resultante das forças que actuam numa partícula em movimento de translação é igual à variação da energia cinética dessa partícula durante o intervalo de tempo em que as forças actuam.