Aula 1.2 - Equilíbrios térmico, mecânico e difusivo; tempo de relaxação

[Música] [Música] eh algumas coisas que são importantes a gente mencionar também é que uma das coisas que a termodinâmica vai querer explicar é o seguinte se eu colocar aqui uma um objeto quente por exemplo um copo deágua que eu esquentei no micro-ondas e esperar algum tempo eu sei que ele vai mudar de estado ele vai mudar de situação perdão vai mudar de configuração a temperatura dele vai mudar se eu coloco eh leite frio numa numa xícara de café quente eu sei que se eu esperar um certo tempo daqui a pouco o café com leite não

vai tá digamos nem frio nem quente né vai ter alcançado uma temperatura intermediária Se eu colocar aqui uma xícara de café quente e deixar ela em cima da mesa também vai acontecer que se eu esperar tempo suficiente a temperatura da xícara de café quente vai ficar igual à temperatura do ambiente os tempos que essas coisas demoram para acontecer são bem diferentes Quanto tempo você acha que você precisa esperar para que a xícara de café com leite alcance uma temperatura uniforme é da ordem de segundos segundos ao passo que o tempo que demora uma xícara de

café quente para ficar com a temperatura ambiente é da ordem de alguns minutos felizmente né porque senão a gente ia ter que tomar o café imediatamente né não ia dar pra gente esperar isto tem a ver com o fato de que quando eu coloco dois dois sistemas macroscópicos que tem temperaturas diferentes em contato um com o outro existe uma tendência insea a que energia flua do sistema que tem temperatura mais alta para aquele que tem temperatura mais baixa temp esse temp o tempo que bom é claro que Como a energia flui daquele que tem temperatura

mais alta para aquele que tem temperatura mais baixa a energia saindo do que tem temperatura mais alta vai fazer com que a temperatura dele diminua em geral por outro lado o sistema que tem a temperatura mais baixa e recebe energia aí tem uma tendência que sua temperatura aumente Então vai haver um aumento da temperatura mais baixa e uma diminuição da temperatura mais alta Até que em algum momento essas duas temperaturas ficam iguais e neste momento eu digo que o equilíbrio térmico foi alcançado o tempo que isso demora para acontecer tem um nome nós chamamos isso

tempo de relaxação Então esse é um conceito que eu quero exprimir nesse momento o tempo de relaxação tá AD ao tempo que demora para que o equilíbrio térmico seja alcançado tempo de relaxação volto a dizer é diferente em diferentes situações mencionei duas aqui eu posso eu posso tentar evitar que ocorra o equilíbrio térmico como é que eu faço isso eu tenho lá um monte de café quente como é que eu faço para evitar que ele entre em equilíbrio térmico com o meio ambiente boto o dente uma garrafa térmica Aí está a maneira que eu tenho

para tentar evitar que o equilíbrio térmico seja alcançado mas todo mundo sabe que essa tentativa será em vão não é verdade você pode botar café quente dentro de uma garrafa térmica Se você esperar tempo suficiente você não vai conseguir beber esse café Mais não é verdade o que quer dizer que na verdade quando eu tento impedir que haja trocas de energia que conduzam ao equilíbrio térmico o que eu estou fazendo é simplesmente aumentando o tempo de relaxação tá certo tempo de relaxação pode ficar muito grande uma garrafa boa Rafa térmica tem um tempo de relaxação

grande né mas é simplesmente isso que eu consigo fazer Tá certo então nós estamos falando aqui eh eh sobre o tempo de relaxação sobre a noção de Equilíbrio na termodinâmica nós vamos discutir alguns tipos de Equilíbrio diferentes o primeiro que vem à mente é o equilíbrio térmico é o equilíbrio térmico ou seja já sabe o equilíbrio térmico entre dois sistemas macroscópicos será alcançado quando eles tiverem a mesma temperatura muito bem Ah o equilíbrio térmico envolve troca entre os dois sistemas de uma quantidade física a quantidade física que é trocada entre os sistemas para que eles

alcancem o equilíbrio térmico é a energia mas quando eu falei aqui do Café com Leite eh nós podemos ver nesse sistema um outro tipo de Equilíbrio possível que é o equilíbrio que eu chamo de difusivo porque moléculas associadas ao leite moléculas associadas ao café vão ficar passeando no meio do Café com Leite né logo que eu despejo o leite elas estão concentradas no ponto onde eu despejei mas se eu esperar um pouquinho elas vão estar vão vão se espalhar pelo pelo pelo volume total do sistema até que seja alcançada uma situação na qual apesar das

moléculas continuarem em contínuo movimento se eu pegar cada pedacinho ou cada pequeno volume do café com leite o número de moléculas que veio de um e de outro continua aproximadamente o mesmo então nós dizemos que foi alcançado o equilíbrio difusivo e o equilíbrio difusivo tá associado a troca de quem de partículas muito bem nós temos outro tipo de eh equilíbrio que nós vamos discutir que é o o equilíbrio mecânico muito bem Suponha que eu tenha por exemplo um recipiente dentro do qual tem um pistão móvel E aí eu esse pistão divide o recipiente em dois

em duas partes eu boto em cada uma dessas partes um gás Tá certo e aí solto deixo o bicho andar sozinho tá certo pode acontecer que um dos lados acabe por empurrar o pistão em direção ao outro e isso pode ficar acontecendo durante um certo tempo até que se eu esperar outra vez tempo suficiente o tempo de relaxação mecânico Ah vai acontecer que não vai mais haver mudança na posição do pistão nesse caso eu me refiro ao equilíbrio mecânico e o que é que tá sendo trocado entre os os dois subsistemas vol volume Pronto ah

eu falei aqui o tempo de relaxação é o tempo que demora para equilíbrio ser alcançado isso é porque hoje é a primeira aula né Na realidade a definição formal do tempo de relaxação não é bem essa nós definimos o tempo de relaxação como sendo tempo que demora para que a diferença entre as quantidades envolvidas nas trocas caia para um sobre e do seu valor inicial na verdade a a diferença entre essas entre as quantidades associadas a cada subsistema essa diferença ela em geral vai cair exponencialmente exponencial de T sobre uma constante essa constante é específica

daquele daquele par de sistemas e daquele processo que eu tô examinando e essa constante é chamada o tempo de relaxação Essa é a definição formal matemática desse termo mas outra vez para nosso uso cotidiano podemos pensar da maneira simplesinha que eu usei Logo no início tá aí quais são as grandezas que estão associadas a situação de Equilíbrio Quais são as grandezas associadas a essas situações de equilíbrio não a grandeza associada ao equilíbrio térmico nós já mencionamos é a temperatura então a grandeza que vai sinalizar que o equilíbrio térmico foi alcançado é a temperatura a grandeza

que vai sinalizar que o equilíbrio mecânico foi alcançado Qual é veja veja o exemplo que eu citei aqui um iente com um pistão móvel por que é que o pistão vai andar para um lado ou pro outro ele vai andar para um lado ou pro outro em função da diferença de pressões entre os dois subsistemas não é verdade o subsistema que tá exercendo uma pressão maior vai conseguir empurrar o pistão mas na hora que ele empurra o pistão a densidade dele Diminui a pressão dele diminui ao passo que no outro a densidade aumenta a pressão

aumenta até que elas se equilibrem então a grandeza que vai sinalizar o equilíbrio mecânico é a pressão mesmo que nós não tenhamos definido ainda da forma Final O que é temperatura você já tem uma noção intuitiva e até vivenciada do que essa grandeza significa a pressão também é algo conhecido seu não é que que é pressão mesmo a pressão exercida sobre uma superfície é a componente normal da resultante das forças exercidas sobre essa superfície dividido pela área meu amigo Marcelo fonteboa alguns de vocês talvez conheçam professor de Ensino Médio ele tem uma brincadeira que ele

faz sempre quando ele vem aqui fazer as palestras lá do Panorama da Física ele traz um uma placa de madeira e um chumbo desse chumbo de pesca e pede para o aluno avaliar qual dos dois é mais pesado então o menino pega aqui o chumbo de pesca pega a placa de madeira e responde claro que é o chumbo né Aí ele pendura os dois num dinamômetro para medir exatamente qual é o peso e o cara descobre que o peso da placa de madeira é bem maior do que o peso do chumbo e por que que

a sensação que nós temos é diferente porque na verdade a nossa pele né a nossa sensibilidade ela responde à pressão e não à força e como o chumbo tá a a superfície de contato dele com a mão é muito menor do que a superfície de contato da placa de madeira a pressão exercida é maior de fato no chumbo do que na placa de madeira é a pressão que vai sinalizar a ocorrência do equilíbrio mecânico na verdade nós podemos até definir a situação de Equilíbrio como sendo a situação na qual eh como eu disse antes a

o sistema termodinâmico possa ser caracterizado por um número muito pequeno de números de grandezas de valores de grandeza né Isso quer dizer por exemplo que a pressão no sistema termodinâmico no equilíbrio tem que ser a mesma em Tod os seus pontos você pode dizer ah bom mas isso é meio redundante né porque eu tô definindo o equilíbrio e para isso eu tô dizendo que um sistema termodinâmico no equilíbrio é caracterizado por poucas variáveis e ao mesmo tempo tô dizendo que para alcançar eu só consigo determinar se ele tá no equilíbrio se de fato eu conseguir

caracterizar com poucas variáveis é verdade mas é assim mesmo que isso procede a grandeza que vai sinalizar o equilíbrio difusivo é nova para você você certamente nunca ouviu falar nela vai apresentar aqui o hoje o seu nome né não se não se espante ela vai aparecer no futuro ela se chama o potencial químico ela vai ter um enorme importância quando nós discutirmos as mudanças de fase a mudança de fase nós vamos estar interessados em analisar o que acontece com partículas que saem de uma fase para outra e vice-versa o equilíbrio entre fases vai se dar

quando houver um equilíbrio difusivo entre partículas indo de um lado pro outro e do outro pro um Isto vai acontecer quando os potencia químicos das duas fases forem iguais mas ISO [Música] [Música]