Termodinâmica

A Termodinâmica é a parte da Física que estuda os fenômenos relacionados com trabalho, energia, calor e entropia, e as leis que governam os processos de conversão de energia. Apesar de todos nós termos um sentimento do que é energia, é muito difícil elaborar uma definição precisa para ela. Energia pode ser vista como a capacidade de realizar um trabalho ou a capacidade de realizar mudanças nos sistemas.

É bastante conhecido o fato de que uma substância é constituída de um conjunto de partículas denominadas de moléculas. As propriedades de uma substância dependem, naturalmente, do comportamento destas partículas. A partir de uma visão macroscópica para o estudo do sistema, que não requer o conhecimento do comportamento individual destas partículas, desenvolveu-se a chamada termodinâmica clássica. Ela permite abordar de uma maneira fácil e direta a solução de nossos problemas. Uma abordagem mais elaborada, baseada no comportamento médio de grandes grupos de partículas, é chamada de termodinâmica estatística.

Sempre que uma ou mais propriedades de um sistema varia, diz-se que ocorreu uma mudança de estado. O caminho através de sucessivos estados pelo qual passa o sistema é definido como processo. Um processo de quase-equilíbrio é aquele em que o desvio do equilíbrio termodinâmico é infinitesimal, e todos os estados pelo qual o sistema passa pode ser considerado como estados de equilíbrio. Muitos processos reais podem ser aproximados com precisão pelo processo de quase-equilíbrio.

Por outro lado, se um processo evolui muito rapidamente e o sistema não esteve em equilíbrio durante nenhum instante durante a mudança de estado, este é um processo de não-equilíbrio. Na termodinâmica clássica a descrição destes processos fica limitada ao que havia antes e depois de restabelecido o equilíbrio, sendo esta incapaz de especificar os estados intermediários pelo qual passou o sistema. Uma abordagem mais efeiciente destes processos é feita através da termodinâmica do não equilíbrio.

Apesar dos princípios da termodinâmica existirem desde a criação do universo, a termodinâmica não emergiu como uma ciência até cerca de 1700 quando as primeiras tentativas para construir uma máquina a vapor foram feitas na Inglaterra por Thomas Savery e Thomas Newcomen. Estas máquinas eram muito lentas e ineficientes, mas eles abriram o caminho para o desenvolvimento de uma nova ciência. O termo termodinâmica foi primeiramente utilizado numa publicação de Lorde Kelvin em 1849. O primeiro texto de termodinâmica foi escrito em 1859 por William Rankine, um professor da Universidade de Glasgow na Escócia. O grande progresso da termodinâmica ocorreu no início dos anos de 1900, quando foram expurgadas teorias errôneas, transformando-se numa ciência madura.

A termodinâmica permite determinar a direção na qual vários processos físicos e químicos irão ocorrer. Também permite determinar as relações entre as diversas propriedades de uma substância. Contudo ela não trabalha com modelos da microestrutura da substância, e não é capaz de fornecer detalhes dela, mas uma vez que alguns dados sejam conhecidos, através do método da termodinâmica clássica, outras propriedades podem ser determinadas.

É baseada em leis estabelecidas experimentalmente:

• A Lei Zero da Termodinâmica determina que, quando dois corpos têm igualdade de temperatura com um terceiro corpo, eles têm igualdade de temperatura entre si. Esta lei é a base para a medição de temperatura.
• Primeira Lei da Termodinâmica fornece o aspecto quantitativo de processos de conversão de energia. É o princípio da conservação da energia, agora familiar, : "A energia do Universo é constante".
• A Segunda Lei da Termodinâmica determina o aspecto qualitativo de processos em sistemas físicos, isto é, os processos ocorrem numa certa direção mas não podem ocorrer na direção oposta. Enunciada por Clausius da seguinte maneira: "A entropia do Universo tende a um máximo".
• A Terceira Lei da Termodinâmica estabelece um ponto de referência absoluto para a determinação da entropia, repesentado pelo estado derradeiro de ordem molecular máxima e mínima energia. Enunciada como "A entropia de uma substância cristalina pura na temperatura zero absoluto é zero". É extremamente útil na análise termodinâmica das reações químicas, como a combustão, por exemplo.