Autoria: Portal EducarBrasil


Titulo: A história da termodinâmica, suas leis e aplicações


Corpo do Texto:

A Termodinâmica é o ramo da Física que estuda as relações entre o calor (energia térmica em trânsito, que ocorre em função da diferença de temperatura entre os corpos) e o trabalho realizado (energia), sob a presença de um corpo ou sistema e o meio exterior. É através das variações de temperatura, pressão e volume que a Física busca compreender o comportamento e as transformações que ocorrem na natureza. Sua origem baseia-se na invenção e no aperfeiçoamento da máquina térmica.

Na antiguidade, com o descobrimento do átomo, o calor foi considerado como sendo resultado do movimento interno dos corpos. No século 16, Fahrenheit apresenta o termômetro e sua escala. Anders Celsius adaptou essa teoria, estabelecendo os limites de sua escala: os pontos de ebulição (100ºC) e de congelamento da água (0ºC). A temperatura é, provavelmente, o primeiro conceito termodinâmico. No final do século 16, Galileu inventou o termômetro rudimentar, com o objetivo de medir uma quantidade, até então indefinida, que expressasse as sensações fisiológicas de calor e frio.

Em 1765, James Watt inventa a primeira máquina a vapor moderna, dando origem à Primeira Lei da Termodinâmica que traduz a conservação da energia: “Num sistema isolado, a energia interna permanece constante, dada pela diferença entre o calor trocado e o trabalho realizado na transformação.” Por condução, o calor se transfere de um corpo para outro em consequência de choques moleculares. Quanto maior a temperatura, maiores as velocidades moleculares e mais frequentes os choques, ocorrendo, então, transferência de energia cinética para as moléculas de menor velocidade e, portanto, menor temperatura.

As transformações podem ser isobáricas, quando a pressão é constante, variando volume e temperatura; isotérmica, quando a temperatura é constante, variando pressão e volume; isocórica ou isovolumétrica, quando o volume é constante, variando pressão e temperatura; e adiabática, quando não há troca de calor com o meio externo, seja porque o corpo esteja termicamente isolado ou porque o processo ocorre de forma tão rápida, fazendo com que o calor trocado seja desprezível.

A Segunda Lei da Termodinâmica, comprovada pelo físico francês Sadi Carnot, enuncia que “Para que um sistema realize conversões de calor em trabalho, ele deve realizar ciclos entre uma fonte quente e fria, isso de forma contínua. A cada ciclo, é retirada uma quantidade de calor da fonte quente, que é parcialmente convertida em trabalho, e a quantidade de calor restante é rejeitada para a fonte fria”.

O conceito de temperatura entra na termodinâmica como uma quantidade matemática, relacionando calor e entropia. A interação entre essas três quantidades é descrita pela Terceira Lei da Termodinâmica, segundo a qual é impossível reduzir qualquer sistema à temperatura do zero absoluto mediante um número finito de operações. De acordo com esse princípio, também conhecido como teorema de Nernst, a entropia de todos os corpos tende a zero quando a temperatura tende ao zero absoluto. Pode-se entender como entropia o "grau de desordem" de um sistema termodinâmico, mensurando a parcela de energia que não pode ser transformada em trabalho em transformações termodinâmicas.

As aplicações da Termodinâmica tornaram-se evidentes durante a Revolução Industrial, promovendo um grande impulso na industrialização por todo o mundo, com a utilização das máquinas térmicas. Atualmente, essa ciência estuda meios de aproveitamento da energia da melhor forma possível, desde as inovações nos motores até a criação de novos condutores.


Pontos Selecionados:

Greenock

Essa cidade escocesa, localizada sob as coordenadas 55º 56’ 50,53”N e 4º 45’ 30,70” O, é a cidade natal do matemático e engenheiro James Watt. Construtor de instrumentos científicos, James Watt destacou-se pelos melhoramentos que introduziu no motor a vapor, fundamental para a Revolução Industrial.

Curiosidades: http://www.freevoproducoes.com.br/cast.aspx?CastId=46

Mapa: http://maps.google.com.br/maps?hl=pt-BR&biw=1037&bih=451&q=Greenock&um=1&ie=UTF-8&hq=&hnear=Greenock,+Inverclyde,+UK&gl=br&ei=hLMkTfOiN4KclgeOr-naAQ&sa=X&oi=geocode_result&ct=title&resnum=1&ved=0CB4Q8gEwAA

Bandeira:


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Inglaterra

Com sede em Londres, localizada sob as coordenadas 51º 28’ 43,75” N e 0º 00’ 38,57” O, a Inglaterra foi pioneira na Revolução Industrial: ohomem sendo substituído pela máquina. A Revolução Industrial consistiu em um conjunto de mudanças tecnológicas com profundo impacto no processo produtivo em nível econômico e social. Essa transformação foi possível devido a uma combinação de fatores, como o liberalismo econômico, a acumulação de capital e uma série de invenções, tais como o motor a vapor. O capitalismo tornou-se o sistema econômico vigente.

Curiosidades: http://www.reino-unido.net/

Mapa: http://www.reino-unido.net/mapa-politico.htm

Bandeira:


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Paris

Terra do cientista Sadi Carnot, Paris localiza-se sob as coordenadas 48º 52’ 25,40” N e 2º 17’ 42,19” L. No ano de 1824, o engenheiro faz uma revisão das importâncias industrial, política e econômica da máquina a vapor. Iniciando sua investigação sobre as propriedades dos gases, em especial a relação entre pressão e temperatura, ele deduz que, essencialmente, calor era o trabalho de forma alterada.

Curiosidades: http://www.vamosparaparis.com/dicas.htm

Mapa: http://maps.google.com.br/maps?hl=pt-BR&biw=1362&bih=562&q=mapa+da+cidade+de+paris&rlz=1R2SUNC_pt-BRBR375&um=1&ie=UTF-8&hq=&hnear=Paris,+France&gl=br&ei=Uq8HTfWrDoT78AaKoOj6CA&sa=X&oi=geocode_result&ct=title&resnum=1&ved=0CCAQ8gEwAA

Bandeira:


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Suécia

Com a capital, Estocolmo, localizada sob as coordenadas 59º 19’ 58,92” N e 18º 3’ 53,02” L, a Suécia é uma monarquia constitucional com um sistema parlamentar de governo e é uma economia altamente desenvolvida. No século 16, Fahrenheit apresenta o termômetro e sua escala. Anders Celsius adaptou essa teoria, estabelecendo os limites de sua escala: os pontos de ebulição (100ºC) e de congelamento da água (0ºC).

Curiosidades: http://turismo.ig.com.br/destinos_internacionais/2008/07/03/vida_cultural_e_noturna_em_estocolmo_1414522.html

Mapa: http://www.guiageo-europa.com/mapas/suecia-fisico.htm

Bandeira:


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Questão Investigativa:

Quais foram as contribuições práticas das leis da termodinâmica para a indústria automobilística?


Competência e habilidade:

Competência:Compreender a importância da Geografia para a análise do mundo contemporâneo, bem como a relação entre a Geografia e as demais ciências.

 Habilidade: Analisar as diferentes discussões sobre o mundo contemporâneo, comparando a perspectiva geográfica com as demais (filosófica, histórica, biológica, etc.); Participar de atividades como gincanas e competições, favorecendo o trabalho interdisciplinar; Pesquisar sobre as semelhanças e diferenças entre os espaços e suas transformações no tempo; Criticar a atuação humana como instrumento de transformação espacial.


Anexo: arquivo KMZ


Destaque:

Sites de apoio didático-pedagógico:


Questão Investigativa:

Quais foram as contribuições práticas das leis da termodinâmica para a indústria automobilística?


Atividades para estudantes:

Sugestão docente:

 

Realizar, com os estudantes, o seguinte experimento:

Materiais:

Com a lata furada e com os dois canos nela soldados, colocamos água em um dos furos, que fica acima e com o cano de maior calibre. Após a colocação da água, ele é fechado com uma rolha para que o vapor saia pelo outro buraco. Com a lata deitada e com um certo volume de água, aquece-se até a água ferver. Com a água fervendo, o vapor sai por uma das extremidades, a que possui o cano de calibre mais fino e que faz com que a hélice se movimente. Este é um esquema que mostra, simplificadamente, o funcionamento de uma máquina a vapor.

O objetivo é observar o que a resistência e o fogareiro fazem com a água que estava na lata e que foi transformada em vapor, saindo mais fino pelo cano e girando a hélice.


Temas transversais:

Meio Ambiente.


Referencias:

http://www.portal.fae.ufmg.br/seer/index.php/ensaio/article/viewFile/130/180 . Acesso em 26/09/2010.

http://www.brasilescola.com/fisica/termodinamica.htm Acesso em 26/09/2010.

http://vsites.unb.br/iq/lqc/Joao/calor/index.html Acesso em 26/09/2010.

http://sme.dcm.fct.unl.pt/u/carmo/fii/hist.pdf Acesso em 26/09/2010.

http://www.molecularium.net/pt/histerm/02/2.htm Acesso em 26/09/2010.

http://www.sociedadenewtoniana.kit.net/socnewtoniana/textoasleisdatermodinamica.htm Acesso em 26/09/2010.


Resumo:

A Termodinâmica é o ramo da Física que estuda as relações entre o calor (que ocorre em função da diferença de temperatura entre os corpos) e o trabalho realizado (energia), sob a presença de um corpo ou sistema e o meio exterior.


Créditos
Link imagem:http://www.marcosgeograficos.com.br/adm/imagem/

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