Tema 02 - Energia, Calor e outros Conceitos | Aula 01 - Energia

energia é um conceito dos mais importantes em todas as ciências e também no mundo tecnológico afinal de contas O que é energia eu gosto muito da definição de liet Energia era definida por ele como uma força viva sim se pode pensar em energia como algo que habilita quem dispõe de energia ou sistemas dotados de energia podem sofrer grandes transformações ou impor transformações de forma que energia é o poder que habilita habilita a quê a realizar tarefas muitas vezes na física nós utilizamos a palavra realizar trabalho ora na termodinâmica como em todas as ciências energia Ocupa

um papel Central nós utilizamos a letra e para representar a energia existe no entanto e isso é extremamente importante que se entenda que a energia no caso clássico Ou seja a energia na física clássica ela pode assumir valores tais que ela tem um espectro contínuo de forma que na física clássica a grandeza energia em princípio pode assumir qualquer valor no entanto na física quântica a energia é uma grandeza quantizada e aqui nós não estamos fazendo referência à energia de um sistema contendo uma 2 3 4 n partículas de forma que energia de um sistema de

partículas na física quântica a energia só pode assumir valores discretos e esses valores discretos nós nos referimos a esses valores discretos como sendo o espectro né da energia no caso quântico é claro que a energia pode também no caso quântico assumir valores contínuos mas especialmente em se tratando da energia de ligação de um sistema o espectro de energias é um espectro discreto isso quando estamos nos referindo à física quântica também queremos chamar atenção para o fato de que na termodinâmica nós nos referimos basicamente a duas formas de energia a primeira delas é claramente a energia

cinética e essa energia cinética por sua vez ela pode ser encontrada em duas formas de energia cinética a primeira forma de energia cinética é energia cinética translacional associada à translação né das moléculas dos átomos né E a outra forma de energia cinética está associado ao movimento de rotação dos constituintes né então se levarmos em conta apenas a energia cinética de translação Nós escrevemos que essa energia cinética é igual a se eu tenho n constituintes no meu sistema essa energia é igual a uma soma onde eu somo desde a primeira até a enésima partícula ou átomo

ou molécula então energia cinética é igual a meio se todas elas TM a mesma massa aqui eu coloco M Se tiverem massas diferentes então eu colocaria Aqui mi a massa da iima partícula vezes vi i ao quadrado né E esta energia aqui é a energia cinética é igual a soma das energias cinéticas dos constituintes ora num gás livre usualmente nós consideramos a energia do sistema como sendo a energia cinética dos constituintes do sistema no entanto pode acontecer de termos mais graus de liberdade além desse associado à translação ora nesse caso nós devemos levar em conta

também a energia cinética associada à rotação e essa energia cinética associada à rotação ela pode ser escrita de uma forma semelhante àquela soma de i de um até n de meio também de vamos chamar i i j o momento de inércia Ô I Ô J de forma que é uma expressão bastante semelhante àquele se ela tiver rotação só em torno né de um eixo né então eu tenho uma soma sobre i e uma soma sobre J né e agora eu preciso levar em conta aqui um certo número de constituintes e somar sobre eles de forma

que esse i = 1 J indo de 1 até 3 né e agora eu preciso também de fazer uma soma sobre os constituintes que eu vou colocar aqui com o índice k índice k Ou seja eu tenho a energia cinética rotacional de cada um dos constituintes e eu levo em conta a energia cinética de rotação fazendo uma soma sobre as energias cinéticas de rotação dos constituintes no caso em que os constituintes possam exibir esse tipo de comportamento por exemplo se eu tenho uma molécula de atômica o movimento de translação dessa molécula é um movimento de

translação do centro de massa então energia cinética de translação energia cinética de translação do centro de massa mas elas podem executar um movimento de rotação em torno de um eixo aqui comum poderíamos chamar por exemplo o eixo Z e consequentemente temos um momento de inércia associado ao movimento de rotação em torno do eixo Z e agora precisamos levar em conta também a velocidade angular de rotação então se eu tenho um sistema de partículas eu em princípio levo em conta o movimento de translação dos constituintes e eventualmente o movimento de rotação dos constituintes porque isso também

é possível e devemos vem contra na energia cinética temos ainda que levar em conta a energia potencial a gente sempre leva em conta a energia potencial e a energia potencial nós podemos classificá-la em duas formas de energia potencial a primeira delas é a energia potencial interna interna e a energia potencial associado à interação com algo externo ao sistema né de forma que poderíamos então fazer isso né energia potencial interna e energia potencial externa ora O que que significa energia potencial externa o sistema pode exibir energia quando ele está em interação com um outro sistema muito

bem no caso da energia potencial interna Nós levamos em conta o potencial de interação entre duas partículas que pertencem ao sistema então Vamos considerar aqui as partículas i e j de forma que existe uma energia potencial associada a interação da iima com a jima partícula e essa energia potencial Ela depende só da distância Entre esses dois constituintes aqui então se aqui eu tenho o iimo constituinte e aqui o J constituintes eu tenho aqui o vetor ri associado a posição da iima partícula e RJ o vetor posição associado a jima partícula e esta aqui é a

distância que estamos chamando aqui de módulo de R Men J de forma que a energia potencial depende apenas da distância entre dois constitues né Muito bem se essa energia potencial de dois entre dois constitues energia potencial de interação entre dois constitues que percem ao sistema então a energia potencial agora do sistema do sistema né como um todo eu tenho um sistema constituído por n partículas então a energia u energia potencial lembre-se que a energia do sistema é sempre dada pela soma da energia cinética e agora aqui eu tenho a energia cinética de translação n posso

ter aqui energia cinética de rotação os dois termos né então e é igual energia cinética levando em conta a translação dos constituintes e eventuais movimentos de rotação dos constituintes né mas mais a energia potencial potencial ou seja aqui nós estamos falando basicamente da energia mecânica do sistema é um sistema que estamos imaginando contém n partículas consequentemente a energia potencial interna interna seria melhor é igual a metade esse esse meio aqui é importante pra gente não contar a a energia duas vezes né da soma de J diferente de I porque sempre eu preciso levar em conta

I diferente de J né mas J diferente de I indo de um até n e uma soma de I indo de 1 até n da energia potencial de interação entre dois constituintes nós consideramos pares sempre pares né E somamos a energia associada a esses pares né u de módulo de ri - RJ portanto energia interna é energia associada à energia a energia potencial interna é a energia a associada a energia potencial de interação entre duas partículas e agora fazendo a soma preciso colocar um fator meio aqui para não contar duas vezes né porque a energia

potencial de interação entre duas partículas é dada pela distância basicamente das duas partículas é uma função das duas partículas preciso colocar esse meio aqui para não somar né duas vezes o fato é que quando a gente estuda o um sistema contendo 10 a 23 moléculas em princípio eu preciso levar em conta a energia cinética de translação energia cinética de rotação e claro levar em conta a energia interna porque sempre a gente precisa levar isso em conta existe ainda energia potencial né associado à interação com por exemplo um campo magnético externo ora nesse caso nós precisamos

acrescentar uma energia de interação dos momentos de de polo magnético com o campo externo então posso ter também a interação dos constituintes com um campo elétrico externo Mas agora estou falando da interação dos constituintes com algo externo a ele né então devemos sempre levar em conta na determinação da energia potencial primeiro lugar sempre a energia interna a menos que no caso da aproximação de um gás ideal nós desprezamos essas interações entre os constituintes do sistema né E desprezamos também nós estamos falando da interação do gás com um campo elétrico externo e precisaríamos de levar em

conta a interação dos momentos de dipolo dos átomos e das moléculas né com o campo elétrico externo e assim por diante o fato é que nós quando analisamos a energia de um sistema precisamos levar em conta energia no contexto clássico a energia é eventualmente no contexto quântico E essas formas básicas de energia ou seja energia cinética e energia de interação a energia cinética tem basicamente dois termos e a energia de interação a gente tem que se preocupar com a energia potencial de interação entre os vários constituintes que pertencem ao sistema e a energia potencial de

interação dos constituintes com algo externo a ele Campos elétricos Campos magnéticos eventualmente até um campo gravitacional acaba sendo importante em alguns casos né mas o fato é que nós basicamente lidamos com a energia mecânica no caso da termodinâmica desprezamos por exemplo a energia intrínseca ou não levamos em conta a energia intrínseca por exemplo dos constituintes muito bem isso então define o que é energia isto do ponto de vista do uso que faremos na termodinâmica n