Quais os meios em que a energia interna de um processo pode aumentar Justifique sua resposta?

O homem utiliza v�rios recursos para facilitar suas tarefas di�rias, como locomo��o e constru��o e ao longo de sua hist�ria j� utilizou a pr�pria for�a, a for�a de animais, ferramentas e m�quinas simples at� que passou a utilizar o calor em um processo de transforma��o da energia t�rmica em trabalho.

Com a inven��o das m�quinas t�rmicas, no s�culo XVIII, o homem deixou de depender de seu esfor�o e resist�ncia, mas se tornou dependente do combust�vel que fornece a fonte de calor, como o carv�o.

As m�quinas t�rmicas, por serem mais eficientes e possibilitarem maior produtividade, geraram f�bricas e ind�strias e com elas tecnologia, surgindo uma nova era de desenvolvimento chamada "revolu��o industrial".

E at� hoje o homem procura aperfei�oar e criar novos tipos de motores para movimentarem essas m�quinas e tamb�m busca novas e econ�micas fontes de energia.

A TERMODIN�MICA surgiu da necessidade de compreens�o do funcionamento das m�quinas t�rmicas visando otimizar o seu uso. Assim, a termodin�mica estuda as rela��es existentes entre o calor e o trabalho mec�nico, tendo como princ�pios a conserva��o de energia e a transfer�ncia espont�nea do calor, do sistema mais quente para o mais frio e n�o no sentido inverso.

No estudo da termodin�mica, � comum o uso dos termos sistema e meio ou vizinhan�a, onde sistema � a parte que nos interessa, � uma parte fechada e bem definida e meio � tudo o que est� fora do sistema, na sua vizinhan�a.

Por exemplo, estamos estudando o comportamento de um g�s quando sofre aumento de temperatura. O sistema � o g�s e o meio � a fonte de calor que provoca o aumento de temperatura. Ou ainda, no estudo do nosso planeta, a Terra � o sistema, enquanto que o resto do Universo � o meio.

A termodin�mica � compreendida por duas leis que regem os fen�menos que envolvem transfer�ncias ou transforma��es de energia.

A Primeira Lei da Termodin�mica � fundamentada no Princ�pio da Conserva��o de Energia que diz:

"A energia n�o pode ser criada nem destru�da apenas transformada de uma forma em outra, ou seja, a quantidade de energia total permanece constante".

Ocorrem na natureza, v�rias transforma��es ou convers�es de uma forma de energia em outra. Por exemplo, a energia luminosa do Sol � devida � transforma��o da energia nuclear em energia radiante; a energia e�lica (dos ventos) � convertida em energia el�trica, assim como a energia solar.

Ou ainda, a �gua dos oceanos e lagos evapora-se na atmosfera devido ao aquecimento produzido pela energia radiante do Sol. O vapor se condensa (nuvens) e forma-se a chuva que cai e move geradores de usinas el�tricas e a corrente el�trica adquirida pode iluminar casas ou carregar baterias qu�micas como a de um autom�vel que se transforma em energia mec�nica possibilitando o movimento do ve�culo.

A Primeira Lei da Termodin�mica estabelece que a energia total do sistema � constante, portanto, se durante a convers�o de energia, alguma quantidade n�o for encontrada � porque foi transformada em outro tipo de energia e dever� aparecer em algum lugar.

Quando flui calor para um sistema ou de um sistema, esse sistema est� ganhando ou cedendo uma quantidade de energia igual a quantidade de calor transferido.

A Primeira Lei tamb�m determina que se, um sistema receber energia na forma de calor (Q), pode utilizar essa energia para aumentar sua energia interna (

Precisamos verificar o que est� ocorrendo com o sistema. Vamos supor que os sistema seja um g�s ideal contido em um cilindro com �mbolo m�vel. Nas figuras temos dois casos.

Estudos de experimentos como o de Joule, por exemplo, que provou que o calor podia ser transformado em trabalho mec�nico e vice-versa, mostraram que cada vez que ocorre a convers�o, parte dessa energia se perde como calor in�til - para esse sistema - que se difunde no universo (podendo ser reaproveitada por outro sistema), isto �, enquanto a energia � transformada, � poss�vel realizar um trabalho, mas uma parte dessa energia n�o � aproveitada, ocorrendo o que se chama de degrada��o de energia.

Por exemplo, para colocarmos um autom�vel em funcionamento, � preciso que haja combust�vel. Ao acionarmos a chave provocamos uma fa�sca que faz com que queime a gasolina e uma parte da energia qu�mica armazenada na gasolina � transformada em trabalho quando os gases provindos da queima empurram o pist�o do motor, e uma parte da energia surge como energia radiante ou energia t�rmica que n�o � aproveitada.

� sobre esta degrada��o de energia que trata a Segunda Lei da Termodin�mica que pode ser enunciada da seguinte forma:

"� imposs�vel transformar todo calor em trabalho".

O que est� relacionado com o fato de que o calor n�o flui espontaneamente de um corpo frio para um corpo quente.

� comum no inverno, ouvirmos, quando em uma sala fechada e algu�m abre a porta, outra pessoa dizer: "fecha a porta para o frio n�o entrar!". Realmente, no inverno o interior dos ambientes � mais aquecido que o exterior, por�m ao abrir-se uma porta � o calor que flui do interior para o exterior e n�o o contr�rio, o que violaria a Segunda Lei da termodin�mica.

Um outro exemplo: uma pedra de gelo colocada em um copo com �gua a temperatura ambiente recebe calor da �gua e derrete, mas jamais ceder� calor para a �gua, pois, o gelo n�o ficar� mais frio e nem a �gua mais quente, o que violaria a Segunda Lei da termodin�mica. Contudo, n�o viola a Primeira Lei, pois a conserva��o de energia seria mantida de qualquer modo.

Assim podemos dizer que a conserva��o de energia ocorre em toda transforma��o, por�m essas transforma��es ocorrem espontaneamente em um s� sentido por isso os processos termodin�micos s�o ditos irrevers�veis.

Nos processos revers�veis o sistema pode retornar a situa��o inicial como, por exemplo, um p�ndulo ou um sistema massa-mola ideal.

Nos processos irrevers�veis, o sistema n�o pode espontaneamente retornar a situa��o inicial, e � isso o que ocorre com todos os processos reais como, por exemplo, a pedra de gelo que recebe calor da �gua l�quida na temperatura ambiente, mas n�o cede calor para a �gua.

Nas tranforma��es de calor em trabalho, uma parte se perde como calor in�til, ou seja, ocorre a degrada��o da energia, e a medida gradual da degrada��o de energia at� a condi��o de in�til (para o sistema em an�lise) � denominada entropia, palavra inventada pelo f�sico alem�o Rudolf Julius Emmanuel Clausius, em 1865.

Se colocamos uma chaleira com �gua no fogo, conforme a temperatura for aumentando, sai vapor pelo bico da chaleira. As mol�culas do vapor tem uma dire��o preferencial e poderiam empurrar um pist�o de uma pequena m�quina a vapor, realizando trabalho, mas depois que o vapor sai do bico se dissipa no ar, e as mol�culas se movimentam em todas as dire��es de modo desordenado aquecendo o ar mais frio e, gradualmente, perdem sua energia �til.

Desta forma o vapor e o ar tendem a atingir o equil�brio t�rmico, isto porque h� uma tend�ncia da natureza de igualar temperaturas � medida que a ordem passa para a desordem, ou seja, quando a desordem molecular aumenta. Assim, a entropia pode ser definida como uma medida do grau de desordem do sistema, enunciado elaborado pelo f�sico Ludwig Boltzmann (o mesmo da radia��o de corpo negro).

Os sistemas ordenados possuem baixa entropia, enquanto os sistemas desordenados possuem alta entropia. Por exemplo, os sistemas no estado s�lido possuem maior ordenamento molecular do que os sistemas nos estados l�quido e gasoso, e nestes, os �tomos e mol�culas est�o em constante agita��o. Logo os gases possuem maior entropia do que os l�quidos e estes maior entropia do que os s�lidos.

A entropia � t�o importante quanto a energia e influencia nossa vida de modo semelhante, por�m, ao contr�rio da energia que conserva sua quantidade total, a entropia n�o se conserva e, em um processo natural, a entropia do universo sempre aumenta e � dessa forma que sabemos se o processo � espont�neo.

Se o nosso Universo � o sistema e h� uma tend�ncia de uniformidade da temperatura e, portanto, uma situa��o de desordem, ou seja, um estado de m�xima entropia, o Universo n�o se autodestruir�?

Chegar� o tempo em que a temperatura do Universo ser� rigorosamente constante e n�o ocorrer� nenhum trabalho e toda a��o cessar� e, portanto, o tempo cessar�?

O nosso Universo, em virtude dos processos naturais, tende para um estado de desordem maior e uniformidade geral, assim, a energia dispon�vel para realizar trabalho �til ir� diminuir e todos os processos f�sicos, qu�micos, etc... cessar�o, atingindo uma situa��o limite denominada de Morte T�rmica.

Mas cuidado! A energia total do universo � constante e o que est� diminuindo � a quantidade de energia dispon�vel para a realiza��o de trabalho, enquanto a entropia do Universo est� aumentando.

Para que a morte do Universo fosse ver�dica para a termodin�mica, seria necess�rio que o Universo fosse um sistema isolado, isto �, fechado, sem influ�ncias externas, mas n�o sabemos se n�o h� nada al�m do Universo, isto �, se ele � isolado, � isolado do qu�? A termodin�mica � aplicada a pequenos sistemas, ent�o, ser� que pode ser aplicada a sistemas t�o grandes quanto o Universo?

Cientistas descobriram que a energia solar prov�m da fus�o nuclear no interior do Sol, onde h� convers�o da mat�ria em energia e que isto ocorrer� por mais ou menos 30 bilh�es de anos, o que seria o nosso fim. Por�m, alguns astron�mos acreditam que h� forma��o de mat�ria com energia �til sendo constantemente criada no espa�o e ,se isso for verdade, talvez n�o ocorra a morte do Universo.

Fa�amos alguns exerc�cios!

Para entendermos melhor a termodin�mica vejamos a aplica��o de suas Leis �s m�quinas t�rmicas.

Quais os meios pelos quais a energia interna de um sistema pode aumentar?

Quando a energia interna aumenta dentro de um processo?

Como aumentar a energia interna de um sistema aberto?

Como podemos definir a energia interna de que fatores Ela depende?