Já ouviu falar em Revolução Industrial? Sim, aquela mesma das aulas de História e Geografia, lembra? Muito provavelmente, você conhece o lado histórico dela, mas e o lado físico? Sim, existe Física por trás dela e você vai entender isso agora! A Termodinâmica foi um pilar fundamental para que as máquinas a vapor fossem criadas! Trens, navios e as indústrias de produção têxtil foram totalmente modernizadas, algo fundamental para que a revolução ganhasse forma.
Mas não pense que a pesquisa sobre a Termodinâmica ficou no passado! Atualmente, o estudo da Termodinâmica procura meios de utilizar a energia da melhor forma possível, desde as inovações nos motores até a criação de novas tecnologias.
Mas, então, o que exatamente iremos estudar aqui? Estudaremos as relações entre calor, trabalho e as propriedades de um sistema. Focaremos principalmente em problemas nos quais o sistema é um gás.
Trabalho Termodinâmico (W)
Já conhecemos o conceito de trabalho de seções anteriores, lembra? Aqui, neste capítulo, definiremos trabalho como sendo uma medida da energia que um gás gasta ao se expandir ou a energia que ele recebe ao ser comprimido. Esse é um conceito fundamental para nosso estudo, por isso é interessante que você dê uma atenção especial a ele. Como estamos tratando de energia, a unidade desta grandeza é o Joule [J]!
Aqui é muito importante que saibamos interpretar os gráficos! Assim como foi feito nas transformações gasosas, novamente utilizaremos um gráfico de pressão por volume. A ideia fundamental que você precisa lembrar é que o trabalho que um gás realiza é definido pela área embaixo do gráfico Pressão x Volume! Se liga nos gráficos a seguir, eles vão te ajudar a entender isso.
Através destes gráficos, conseguimos perceber que o trabalho realizado pelo gás depende da variação de volume! Se o volume aumenta, o trabalho realizado é positivo, ou seja, o gás se expande e perde energia; se o volume diminui, o gás realiza um trabalho negativo (sofre trabalho). Ele se comprime e ganha energia. Mas, e se não há variação de volume? Então, o gás não realiza trabalho! É exatamente o caso das transformações isovolumétricas que vimos anteriormente!
Em transformações isobáricas, nas quais a pressão é constante, existe uma equação que nos permite encontrar o trabalho realizado pelo sistema.
Lembra do gráfico desta transformação? Podemos deduzir esta equação dele. Se liga!
Energia Interna (U)
Um bom modo de começarmos a entender o que é a Energia Interna é lembrarmos de algumas definições que vimos lá no nosso último capítulo. Lembra quando discutimos a Calorimetria e concluímos que um corpo não pode possuir calor? Naquele momento, falamos muito sobre a energia das moléculas dos corpos, mas não nos aprofundarmos nisso. Agora, vamos entender mais sobre aquela energia!
Cada molécula dentro dos corpos está em movimento e, consequentemente, possui energia. A energia interna é justamente a soma da energia de todas as moléculas de um corpo. Quando um corpo recebe calor, sua energia interna aumenta. Quando ele transfere calor para outro corpo ou para o meio, a agitação de suas moléculas diminui e sua energia interna também diminui.
Energia Interna dos Gases
Assim como discutimos antes, no casos dos gases, a energia interna também representa a energia total que um gás possui. Mas o mais importante vem agora! Lembra, quando estudamos o que é um gás ideal? Vimos que não há forças intermoleculares neste tipo de gás, a única forma de energia que as moléculas possuem é cinética. Mas, de onde vem a energia cinética dessas moléculas? Da agitação térmica delas. Em outras palavras, da temperatura em que o gás se encontra!
Mas, então, o que podemos concluir de tudo isso? Sim! Isso mesmo que você está pensando. Em um gás ideal, a energia interna só depende da temperatura em que ele se encontra! Se liga nessa equação aqui embaixo, ela mostra exatamente essa dependência da temperatura e nos permite encontrar a energia interna de um gás ideal monoatômico.
Bem importante! A energia interna não é propriedade de uma substância, mas de um corpo! Podemos pensar nisso comparando a quantidade de energia que um balde cheio de água possui em relação a uma xícara cheia de água: por mais que nos dois casos a substância seja a água, o balde cheio possui muito mais energia interna.