Planejativo

Primeira lei da termodinâmica

Luz e Câmara de orifício

Espelhos planos

Espelhos esféricos

Determinação analítica da imagem

Refração

Dioptro plano, Ângulo limite e Reflexão total

Prismas

Lentes esféricas

Construção analítica das imagens e Estudo dos sinais

Vergência e Óptica da Visão

Instrumentos ópticos

Ondulatória: Visão geral e Equação fundamental

Fenômenos ondulatórios

Ondas estacionárias em cordas e tubos sonoros

Acústica, fenômenos sonoros e instrumentos musicais

Efeito doppler

Temperatura, Calor e Energia térmica

Dilatação térmica

Calor sensível

Calor latente e Mudança de fase

Diagramas de fase

Propagação do calor

Estudo do gás ideal

Cinética dos gases, Energia interna e Trabalho de um gás

Ciclos, Máquinas térmicas e Rendimento

Ciclo de Carnot e a Segunda lei da termodinâmica

Princípios da óptica geométrica

Escalas termométricas

Alguns pontos-chave dessa matéria para o ENEM que devem ser levados em conta ao estudarmos são:

A termodinâmica é o estudo da energia e como ela é transferida através do trabalho e do calor. Ela investiga os efeitos das mudanças de temperatura, volume e pressão nos sistemas físicos em escala macroscópica. Nesse campo, olhamos principalmente para a energia total de um sistema e como ela é transferida de uma forma para outra.

Agora, vamos entender brevemente as quatro leis da termodinâmica. Eu vou descrever cada uma delas. São conceitos um pouco complexos, então vamos tentar simplificar.

 A lei zero é assim chamada porque foi compreendida depois que as outras três leis já haviam sido estabelecidas. Esta lei nos ajuda a entender a ideia de temperatura. Ela diz que se dois sistemas estão em equilíbrio térmico com um terceiro sistema, então eles estão em equilíbrio térmico entre si. Isso é a base para a medição da temperatura.

 A primeira lei é basicamente a lei de conservação da energia, aplicada à termodinâmica. Ela diz que a energia não pode ser criada ou destruída, apenas convertida de um tipo para outro. No contexto da termodinâmica, isso geralmente se refere à conversão entre energia térmica (calor) e energia mecânica (trabalho).

 A segunda lei é um pouco mais complicada. Ela declara que a quantidade total de entropia, que você pode pensar como o grau de desordem de um sistema, só pode aumentar ao longo do tempo. Isso significa que, enquanto a energia pode ser convertida de uma forma para outra, há limites para a eficiência dessas conversões. Esta lei é a razão pela qual não podemos ter uma máquina de movimento perpétuo.

 A terceira lei declara que à medida que a temperatura de um sistema se aproxima do zero absoluto, a entropia desse sistema se aproxima de um valor mínimo constante. Em outras palavras, se você esfriar algo o suficiente, não haverá energia disponível para conversão (ou seja, para realizar trabalho) e o sistema se tornará completamente ordenado.

Essas são as quatro leis da termodinâmica em termos simples. Lembre-se, a termodinâmica é uma parte muito complexa da física e essas leis são geralmente apresentadas com muitos detalhes matemáticos. Mas espero que isso dê a você uma boa visão geral do que a termodinâmica envolve.

A Lei Zero da Termodinâmica dispõe sobre o equilíbrio térmico. Se A temperatura de A é igual a Temperatura de C, que é igual a Temperatura de B, então TA = TB. Fonte: 

Essa lei diz o seguinte: Se temos dois sistemas, chamemos de sistema A e sistema B, e ambos estão em equilíbrio térmico com um terceiro sistema, chamemos de sistema C, então o sistema A e o sistema B estão em equilíbrio térmico entre si.

Quando dizemos que dois sistemas estão em "equilíbrio térmico", isso significa que eles estão na mesma temperatura. Não há fluxo de calor entre eles, porque o calor sempre flui de áreas mais quentes para áreas mais frias. Se não há fluxo de calor, isso significa que eles devem estar na mesma temperatura.

Imagine que você tem três canecas de café, chamaremos essas canecas de A, B e C. A caneca A está quente, a caneca B está fria e a caneca C está morna. Agora, você coloca a caneca A e a caneca C lado a lado e espera algum tempo. Eventualmente, as canecas A e C chegarão a uma temperatura intermediária, pois o calor da caneca A flui para a caneca C mais fria. Agora, você coloca a caneca B e a caneca C lado a lado e espera algum tempo. A caneca B, que estava fria, receberá calor da caneca C, e elas chegarão a uma temperatura intermediária.

Nesse ponto, se você colocar a caneca A e a caneca B lado a lado, elas não trocarão calor, porque todas alcançaram o mesmo equilíbrio térmico com a caneca C. Portanto, de acordo com a Lei Zero da Termodinâmica, as canecas A e B estão em equilíbrio térmico entre si.

Este exemplo ilustra o conceito da Lei Zero da Termodinâmica e também como a temperatura é uma propriedade que permite comparar qual corpo está mais quente ou mais frio. Isso é crucial para a definição e a medida da temperatura, que é uma das variáveis fundamentais da termodinâmica.

A Primeira Lei da Termodinâmica é, essencialmente, uma expressão do princípio da conservação de energia. Este princípio afirma que a energia não pode ser criada nem destruída - apenas transformada de uma forma para outra. Em termos de termodinâmica, a energia pode ser transformada entre calor e trabalho.

Agora, o que isso significa? Vamos a um exemplo concreto.

Imagine que você tem uma panela com água em um fogão. O fogo do fogão fornece calor para a panela e para a água dentro dela. Esse calor é uma forma de energia. Conforme a água aquece, ela começa a ferver e, eventualmente, começa a se transformar em vapor. Isso é trabalho sendo realizado - a energia térmica (calor) está sendo transformada em energia mecânica (trabalho) para fazer com que as moléculas de água se movam mais rapidamente e se transformem em vapor.

De acordo com a Primeira Lei da Termodinâmica, a quantidade de energia que colocamos na panela (como calor do fogo) é igual à quantidade de energia que sai da panela (como trabalho para transformar a água em vapor), mais qualquer alteração na energia interna da panela (que poderia ser, por exemplo, a panela ficando mais quente). Isso é representado pela fórmula Q = τ + ΔU, onde Q é o calor, τ é o trabalho e ΔU é a variação da energia interna.

Podemos também rearranjar esta fórmula para obter ΔU = Q - τ. Isso nos diz que a mudança na energia interna da panela é igual ao calor adicionado à panela, menos o trabalho realizado pela panela.

Agora  podemos ver como o calor, o trabalho e a variação da energia interna afetam o sistema, pela tabela abaixo

Então, em suma, a Primeira Lei da Termodinâmica nos diz que a energia não é perdida, apenas transformada de uma forma para outra - seja como calor, trabalho ou uma alteração na energia interna do sistema. E isso pode afetar coisas como a temperatura do sistema, se ele está ganhando ou perdendo calor, e se o trabalho está sendo feito pelo ou sobre o sistema.

Um carro funciona com base no princípio da primeira lei da termodinâmica. Quando você enche o tanque do carro com gasolina, está basicamente armazenando energia química no tanque. Essa energia química será a fonte de energia para o motor do carro.

Agora, quando você liga o carro, a gasolina é queimada no motor. Isso é uma reação química que transforma a energia química armazenada na gasolina em energia térmica (calor). Isso é representado como Q na nossa fórmula da primeira lei.

Essa energia térmica faz com que os pistões no motor se movam para frente e para trás. Isso é trabalho realizado pelo motor e é representado por τ na fórmula. O trabalho realizado pelos pistões é então usado para mover as rodas do carro e fazer o carro andar.

Durante todo esse processo, a energia total (a energia interna do sistema, representada por ΔU) é conservada. A energia química que foi armazenada na gasolina é convertida em energia térmica pelo motor, que é então convertida em trabalho para mover o carro. Se a energia tiver que ser gasta para superar o atrito ou a resistência do ar, essa energia será subtraída do trabalho total feito pelo carro.

Portanto, a primeira lei da termodinâmica está em ação sempre que você dirige seu carro. A energia total é conservada, mesmo que seja transformada de uma forma para outra.

A primeira lei da termodinâmica, também conhecida como a lei da conservação da energia, tem implicações significativas tanto na física quanto em aplicações práticas do dia a dia. Vamos explorar algumas delas:

Portanto, a primeira lei da termodinâmica tem vastas implicações tanto na teoria quanto na prática, moldando nosso entendimento da energia e sua manipulação no mundo à nossa volta.