Aula 1.1 - Introdução à Termodinâmica

a termodinâmica lida com alguns conceitos fundamentais um deles é o conceito de temperatura com o qual você convive desde criancinha desde que teve a sua primeira febre na verdade no entanto o conceito de temperatura não é um conceito simples e nós vamos demorar um certo tempo até construir esse conceito da maneira mais consistente de maneira científica da maneira termodinâmica a gente vai começar com uma idéia muito simples vizinha sobre o que a temperatura e vamos construir aos pouquinhos todo todo tudo que essa palavra tudo que esse conceito quer representar a temperatura é uma coisa importante

a termodinâmica lida com o conceito de temperatura claro quando eu falo de temperatura é evidente que a próxima coisa que você vai lembrar é a palavra calor o calor também é um conceito específico da termodinâmica na verdade existem vários autores modernos um deles é o gols a dupla gold do bosque que propõe que a palavra calor o substantivo calor seja eliminado da física porque esse substantivo dá margem a muita há muita dificuldade de interpretação eu vou mostrar que onde estão essas dificuldades e como é que esse termo pode ser utilizado de forma incorreta com muita

facilidade então de certa maneira nós cobrimos aqui uma série de conceitos e idéias que compõem aquilo que eu vou chamar de termodinâmica uma coisa curiosa é que o termo termo termodinâmica junta 'termo e tem a ver com temperatura calor dinâmica que em geral têm a ver com o movimento no entanto a termodinâmica não trata de um movimento até uma dinâmica trata de interações que são mediadas por calor outra alho por interações nas quais ocorre troca de energia entre sistemas macroscópicos que podem levar eventualmente a mudança de fase né mas a termodinâmica ela não é se

preocupa e não consegue prever o tempo o tempo em que isto ocorre quanto tempo essas coisas demoram para ocorrer o que confronta um pouco com a nossa a nossa compreensão mais e mais imediata a respeito do significado da palavra dinâmica dito de outra maneira né dito de outra maneira a pouca dinâmica na termodinâmica a termodinâmica nasce no século 19 como eu estava falando ante ela nasce no século 19 é e ela não faz nenhuma referência a nenhum modelo microscópico ela é uma teoria dita fenomenológica ela se apóia diretamente nos fenômenos ela não pressupõe nenhum modelo

para a matéria isto é uma das suas forças a gente tem diz que as teorias físicas em geral elas podem ter uma vida né e depois morrerem ou serviços ou serem substituídas por outras e se ele tiver que escolher uma que ele acredita que nunca será substituída é a termodinâmica porque até o dinâmico não pressupõe nenhum modelo ela é ela é derivada imediatamente de resultados experimentais de fenomenologia a termodinâmica pode ser sintetizada num conjunto de leis assim como a mecânica assim como o eletromagnetismo mas diferentemente dessas outras disciplinas essas leis da termodinâmica não são em

geral é um guia que nos sirva pra resolver problemas de termodinâmica só com elas a gente vai precisar desenvolver raciocínios aqui não são usuais nas outras disciplinas por exemplo na na mecânica você aprendeu que a segunda lei de newton ea são de movimento portanto se você tem um sistema físico já massa você conhece e é você conhece as forças que agem sobre o sistema físico a segunda lei de newton de te dá imediatamente qual é a celebração que esse sistema vai ter a partir da aceleração você deriva a equação de movimento que é a solução

de qualquer problema de mecânico não existe um procedimento similar a esse na termodinâmica isto é um problema na verdade e isto torna a termodinâmica é digamos assim perigosa porque nós vamos ver que ela lida com um conjunto enorme de problemas e nós não temos uma digamos assim uma estratégia única para a gente resolver esses problemas o conjunto pequeno de estratégias como a gente tem nas outras disciplinas isto é um problema nós vamos ver que uma das leis da termodinâmica se refere ao conceito de entropia a e essa é a segunda lei da termodinâmica e a

segunda lei vai nos dar um guia importante pra abordar um conjunto grande de problemas mas ainda assim é é é um conjunto pequeno comparado com o total os assim todo o conjunto de situações que até o dinâmico é a borda mas de fato esse é um dia importante como é um guia também a primeira lei da termodinâmica primeira lei da termodinâmica vai se vai se referir à conservação da energia como eu disse antes é a maneira é a forma mais mas nobre é de falar sobre a conservação da energia então nós temos duas leis a

primeira lei a segunda lei que você faz quando você já ouviu falar com certeza além dessas existem outras a lei 0 curiosamente a termodinâmica tem uma lei 0 você nunca violei 0 de nilton é porque será isto é uma questão histórica na verdade historicamente as leis da termodinâmica elas foram desenvolvidas numa sequência que não é a sequência pedagógica mais favorável a segunda lei por exemplo a primeira foi a primeira a ser descoberta em 1824 o eng o militar francês saúde carnol que não era físico engenheiro e acreditar é foi que pela primeira vez incluiu o

que foi foi gerar a segunda lei da termodinâmica em 1842 james press quando jo que nós aqui chamamos de jolie é incluiu o que hoje nós chamamos de primeira lei a lei da conservação da energia já ali é associou o que historicamente era chamado de calor com um processo que poderia ser também gerado pela realização de trabalho e é o que o pessoal diz é já hoje descobriu que calor é uma forma de energia cuidado com essa frase essa frase é mentirosa a e por isso apareceu a lei 0 houve um momento no início do

século 20 onde se percebeu que o arcabouço teórico da termodinâmica estava sem um pé precisava de um pack ninguém tinha percebido antes pensava dele estava desequilibrado precisava de um carro equilibrado e este cálcio foi a lei 0 portanto como a como a primeira lei a segunda lei já estavam entranhados né na literatura científica precisava de um calço esse caos foi chamada lei 0 a lei zero ela estabelece a transitividade do equilíbrio térmico olha só as palavras que eu estou usando de barzinho o equilíbrio térmico é outra noção importante da termodinâmica né nós dizemos que se

eu colocar eu pegar dois objetos macroscópicos e colocar eles em contato depois vamos falar um pouquinho sobre a natureza desse contato que é o que é exatamente o que eu quero dizer quando fala o contato há por enquanto a gente pode imaginar contato físico mesmo se eu colocar dois objetos macroscópicos em contato e esperar tempo suficiente eles vão alcançar uma situação na qual os dois têm a mesma temperatura eu estou usando a palavra sem ter definido ainda né direitinho que a temperatura está o equilíbrio térmico a lei zero diz que se dois corpos estão aqui

disse ae estão em equilíbrio térmico e cibe sexta o equilíbrio térmico a e c também estarão em equilíbrio térmico para alguns isso pode parecer uma bobagem mas na verdade não é óbvio que isso que a natureza tenha que ser assim ah se eu sou amigo do filipe filipe amigo do caio isso não quer dizer que eu seja amigo do cai então a transitividade é uma propriedade que então é é verdadeira para qualquer tipo de relacionamento mas é verdade para o equilíbrio térmico tá certo outra coisa importante é que depois que a gente descobriu no século

20 que a matéria na verdade é constituída de objetos macroscópicos os átomos e moléculas e tal é foi importante perceber que a termodinâmica ela só pode existir por causa de certas características inerentes aos processos de medida deixa eu explicar melhor o que eu quero dizer uma coisa é importante num sistema macroscópico e equilíbrio é que o estado dele pode ser caracterizado por um número muito pequeno de variáveis de valores isso é surpreendente porque o objeto macroscópico que tem da ordem de 10 elevado a 23 partículas se eu pensasse nele com a cabeça do sistema microscópico

e dizer bom para precisar em que estado ele está ele precisa identificar em que posição estão 10 a 23 elementos e com que velocidade eles estão essa é a cabeça da mecânica na verdade no entanto não é necessário esse conjunto enorme de grandezas para caracterizar de forma unívoca qual é o estado de um sistema macroscópico em equilíbrio e isso é um espanto é a primeira coisa espantosa da nato quer que a natureza nos oferece com relação ao sistema microscópio e porque é que isso acontece isso acontece nós sabemos hoje porque em primeiro lugar qualquer medida

uma microscópica feita sobre um sistema macroscópico ela tem duração fini ela dura um certo tempo e você pode imaginar a medida mais rápida que você imaginar né diante de troicki e tenta imaginar uma medida muito rápida muito bem o tempo que ela leva é gigantesco comparado com os tempos microscópicos com o tempo por exemplo associado à rotação de um elétron em torno de um núcleo é um tempo gigantesco algo como 10 elevado a dez vezes maior portanto quando você faz uma medida na verdade você não está fazendo uma medida a respeito do que acontece num

instante você está fazendo uma medida que incorpora uma média sobre o intervalo de tempo pequeno para os nossos padrões mas imensos para o mundo microscópio portanto você vai medir médias temporais médias no tempo por outro lado os nossos aparelhos de medida eles têm precisão finita também eu não consigo fazer medidas que tenham precisam é maior do que um determinado valor em outra vez esse valor pensa por exemplo de medida de cumprimento não consigo fazer medidas de comprimento que tenham precisam andar a ordem da distância inter atômica as medidas que eu faço de deposição são opção

é é tem precisão muito maior do que essas distâncias portanto as minhas medidas na verdade fazem médias espaciais médias espaciais e médias temporais é este fato que faz com que a termodinâmica seja possível se eu fosse capaz de fazer medidas temporárias com precisão da ordem dos tempos envolvidos do mundo microscópico a termodinâmica seria impossível eis aí uma vantagem no fato de que os nossos instrumentos não têm precisão infinita já é possível fazer termodinâmica