Revisão sobre Termodinâmica – Física Enem

Vem com a gente estudar para o Enem!

Física Enem: Você já ouviu falar sobre Termodinâmica? Trata-se de uma parte da física que estuda relações entre o calor trocado e o trabalho realizado em certo processo físico, envolvendo a presença de um material e/ou um sistema e o meio exterior!

 

Para entendermos melhor o que é a termodinâmica, podemos começa investigando o significado e origem dessa palavra. O nome vem do grego, a primeira parte Therme significa calor e Dynamis significa movimento. Detalhando de forma mais simples, a Termodinâmica é a área da Física que busca explicar os mecanismos de transferência de energia térmica para que estes realizem algum tipo de trabalho.

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Fonte: https://www.google.com.br/search?hl=pt-BR&site=imghp&tbm=isch&source=hp&biw=1366&bih=667&q=CALOR&oq=CALOR&gs_l=img.3..0i19l10.19647.20555.0.20998.5.5.0.0.0.0.152.596.0j5.5.0….0…1ac.1.64.img..0.5.596.LwTjOzo93Tw#hl=pt-BR&tbm=isch&q=muito+calor+facebook&imgrc=y1KEtZFNiuJVSM%3A

 

Nesse caso, geralmente utiliza-se a letra Q para denominar o calor trocado e a letra Ϭ para representar o Trabalho realizado. Por meio das variações de pressão, volume e temperatura, busca-se na Física, entender o comportamento e transformações que acontecem na natureza. A partir destas definições, podemos começar a estabelecer alguns conceitos importantes, para que você entenda este assunto tão importante da Física.

Calor? O que é isto?

O calor é Energia térmica em trânsito, ou em movimento se você preferir. Essa movimentação acontece devido às diferenças de temperatura que existem entre os corpos e sistemas envolvidos.

O que é Energia?

Energia, segundo a Física, nada mais é do que a capacidade que um determinado corpo tem de realizar trabalho. Se existe trabalho, existe ENERGIAAAA!!!!

O que estuda a Termodinâmica?

A termodinâmica é a área da física que estuda duas leis como pontos principais. A seguir vamos explicar estas duas leis importantes, além da terceira Lei da Termodinâmica também. Observe:

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Fonte: https://www.google.com.br/search?q=termodinamica&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved=0ahUKEwi0tJuIhZHLAhXClJAKHbHIDhgQ_AUICCgC&biw=1242&bih=606&dpr=1.1#imgrc=ymXxKQ2WXDhr4M%3A

 

Primeira Lei da Termodinâmica

Nessa primeira lei, temos o conceito de que a variação da energia interna de um sistema pode ser expressa, por meio da diferença entre o calor trocado com o meio externo e o trabalho realizado por ele, durante a transformação em questão. Nessa lei, são estudadas algumas transformações, observe abaixo:

 

  • Transformação Isobárica: A pressão é constante e ocorre variação somente do volume e da temperatura.
  • Transformação Isotérmica: A temperatura é constante e ocorre variação somente da pressão e do volume.
  • Transformação Isovolumétrica: Ela também é chamada de Isocórica, em que o volume é constante e variam somente a pressão e a temperatura.
  • Transformação Adiabática: Finalizando, este processo nada mais é do que uma transformação gasosa em que, no entanto, o gás não troca calor com o meio externo. Isso pode acontecer por ele estar termicamente isolado, ou ainda porque o sistema todo acontece de forma muito rápida, fazendo com que o calor trocado seja desprezível.

 

Segunda Lei da Termodinâmica

A Segunda Lei da Termodinâmica foi escrita por Sadi Carnot, Físico Francês, e coloca barreiras para as transformações que são realizadas por Máquinas Térmicas, como por exemplo, um motor de uma geladeira.

 

Carnot escreveu o seguinte:

“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.”

 

Terceira Lei da termodinâmica

Neste conceito, a temperatura relaciona calor e entropia e a interação entre essas três quantidades. De acordo com ela, é impossível reduzir qualquer sistema à temperatura do zero absoluto, em um número qualquer de operações.

 

Conceitos Importantes. Vale a pena revisar!

  • Sistema Termodinâmico

O sistema é um espaço ou uma região, definida por meio de limites reais ou imaginários. São usados para delimitar o estudo da energia e suas transformações, podendo ser Grande ou Pequeno, Fechado ou Aberto. O sistema fechado é o que a energia transpõe os limites, mas no aberto tanto a energia quanto a matéria, ambas ultrapassam os limites.

 

  • Status de um Sistema

O Status de um sistema é demonstrado por meio de um conjunto de propriedades desse sistema. Exemplos destas propriedades pode ser a temperatura, pressão, volume, entre outras. O Status é uma condição momentânea do sistema.

 

  • Processo

Trata-se da trajetória usada pelo sistema para percorrer vários estados termodinâmicos.

 

Segue um pequeno vídeo no youtube, com o professor Marco Fishben, para você fixar o assunto: https://www.youtube.com/watch?v=2PDvzOH6Jj8

A seguir coloquei alguns exercícios para você treinar sobre o assunto. Eles já possuem as respostas, mas eu desafio você. Tente encontrar outras formas de resolver as questões, compare as duas, verifique as diferenças e post aqui no Blog. Tenho absoluta certeza de que você irá aprender muito mais assim. Um abração e nos encontramos aqui no Blog do ENEM

EXERCÍCIOS

1. (UNESP – 2014) O gráfico representa, aproximadamente, como varia a temperatura ambiente no período de um dia, em determinada época do ano, no deserto do Saara. Nessa região a maior parte da superfície do solo é coberta por areia e a umidade relativa do ar é baixíssima.

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A grande amplitude térmica diária observada no gráfico pode, dentre outros fatores, ser explicada pelo fato de que

a) a água líquida apresenta calor específico menor do que o da areia sólida e, assim, devido a maior presença de areia do que de água na região, a retenção de calor no ambiente torna-se difícil, causando a drástica queda de temperatura na madrugada.

b) o calor específico da areia é baixo e, por isso, ela esquenta rapidamente quando ganha calor e esfria rapidamente quando perde. A baixa umidade do ar não retém o calor perdido pela areia quando ela esfria, explicando a queda de temperatura na madrugada.

c) a falta de água e, consequentemente, de nuvens no ambiente do Saara intensifica o efeito estufa, o que contribui para uma maior retenção de energia térmica na região.

d) o calor se propaga facilmente na região por condução, uma vez que o ar seco é um excelente condutor de calor. Dessa forma, a energia retida pela areia durante o dia se dissipa pelo ambiente à noite, causando a queda de temperatura.

e) da grande massa de areia existente na região do Saara apresenta grande mobilidade, causando a dissipação do calor absorvido durante o dia e a drástica queda de temperatura à noite.

 

2. (UFT – 2012) Leia o texto introdutório abaixo

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Assinale a alternativa CORRETA:

a) As usinas hidroelétricas produzem energia elétrica, a partir da energia mecânica hídrica que é uma fonte renovável, porém, liberam na atmosfera gases poluentes provenientes do movimento das turbinas.

b) As usinas nucleares produzem energia elétrica, a partir da combustão do carvão mineral que é uma fonte não renovável, e geram lixo radioativo que exige alto controle de armazenamento.

c) As usinas de energia solar produzem energia elétrica, a partir da radiação emitida pelo Sol que é uma fonte renovável, porém, geram lixo radioativo que exige alto controle de armazenamento.

d) As usinas termoelétricas produzem energia elétrica, a partir do calor obtido da queima de combustíveis (como o petróleo) que é uma fonte não-renovável, e não emitem gases poluentes na atmosfera.

e) As usinas de energia eólica produzem energia elétrica, a partir dos ventos que são uma fonte renovável, e não emitem gases poluentes na atmosfera.

 

3. (ENEM 2012)

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No entanto, a busca da eficiência referenciada no texto apresenta como fator limitante

a) o tipo de combustível, fóssil, que utilizam. Sendo um insumo não renovável, em algum momento estará esgotado.

b) um dos princípios da termodinâmica, segundo o qual o rendimento de uma máquina térmica nunca atinge o ideal.

c) o funcionamento cíclico de todos os motores. A repetição contínua dos movimentos exige que parte da energia seja transferida ao próximo ciclo.

d) as forças de atrito inevitável entre as peças. Tais forças provocam desgastes contínuos que com o tempo levam qualquer material à fadiga e ruptura.

e) a temperatura em que eles trabalham. Para atingir o plasma, é necessária uma temperatura maior que a de fusão do aço com que se fazem os motores.

 

4. (UCS – Vestibular de Inverno – 2011) Uma cozinheira distraiu-se e encostou uma parte do antebraço em uma panela muito quente, sofrendo queimadura. Admitindo que, na área de sua pele que sofreu o contato, a temperatura aumentou de 36,5 °C para 66,5 °C em 0,5 s, qual foi a potência da transferência de calor da panela para a pele da cozinheira? (Considere a capacidade térmica na pele afetada da cozinheira como 0,02 cal/°C e 1 caloria = 4,2 Joules.)

a) 5.04 W

b) 7.13 W

c) 8.95 W

d) 12.43 W

e) 17.44 W

 

GABARITO

 

1 – B              2 – E              3 – B              4 – A

 

Os textos e imagens acima, foram elaborados, pelo Professor Wesley Oliveira, para o Blog do ENEM, Wesley é formado em Física, pela Pontifícia Universidade Católica de São Paulo, e em Matemática pela UNISA – Universidade de Santo Amaro – São Paulo. Ministra aulas de Física e Matemática em escolas de São Paulo e da grande Florianópolis desde 2000. Facebook: https://www.facebook.com/profile.php?id=100011187033321