{"id":72637,"date":"2023-12-15T12:00:00","date_gmt":"2023-12-15T15:00:00","guid":{"rendered":"https:\/\/www.ufrgs.br\/amlef\/?p=72637"},"modified":"2023-12-14T14:44:03","modified_gmt":"2023-12-14T17:44:03","slug":"1a-lei-da-termodinamica","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.ufrgs.br\/amlef\/2023\/12\/15\/1a-lei-da-termodinamica\/","title":{"rendered":"Lei Um: a Conserva\u00e7\u00e3o de Energia no contexto da Termodin\u00e2mica"},"content":{"rendered":"\n

\u00c9 claro que n\u00e3o basta apenas um artigo ou expe\u00adri\u00admento para for\u00admu\u00adlar ou der\u00adru\u00adbar uma teoria, e as ideias sobre o calor estavam bor\u00adbu\u00adlhando. Diver\u00adsos cien\u00adtis\u00adtas for\u00admu\u00adla\u00adram vers\u00f5es do que se tor\u00adna\u00adria a Lei Um da Ter\u00admo\u00addi\u00adn\u00e2\u00admica, desde 1840 at\u00e9 hoje, por isso \u00e9 dif\u00edcil apontar \u201cO Pai\u201d dela. Vamos citar algumas das obser\u00adva\u00ad\u00e7\u00f5es inte\u00adres\u00adsan\u00adtes que cons\u00adtru\u00ed\u00adram essa teoria.<\/p>\n\n\n\n

Figura 1. Viagem rumo a Jacarta.<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Julius Robert Von Mayer e o sangue quente tropical<\/h3>\n\n\n\n

O m\u00e9dico alem\u00e3o Julius Robert von Mayer, em 1840, tra\u00adba\u00adlhava em um veleiro holan\u00add\u00eas que viajava rumo a Jacarta, atual capital da Indo\u00adn\u00e9\u00adsia. Em seus aten\u00addi\u00admen\u00adtos, per\u00adce\u00adbeu que o sangue de seus paci\u00aden\u00adtes ficou mais aver\u00adme\u00adlhado con\u00adforme se apro\u00adxi\u00adma\u00advam de regi\u00f5es mais quentes, ou seja, ele per\u00adma\u00adne\u00adcia rico em oxi\u00adg\u00ea\u00adnio. Mayer sup\u00f4s que havia rela\u00e7\u00e3o entre a quan\u00adti\u00addade de calor gerado pelo orga\u00adnismo e a tem\u00adpe\u00adra\u00adtura do ambi\u00adente, j\u00e1 que o corpo pre\u00adci\u00adsa\u00adria queimar menos oxi\u00adg\u00ea\u00adnio para per\u00adma\u00adne\u00adcer aquecido.<\/p>\n\n\n\n

Desde Lavoi\u00adsier e a ideia de que \u201cnada se cria, nada se perde, tudo se trans\u00adforma\u201d, a soci\u00ade\u00addade cien\u00adt\u00ed\u00adfica j\u00e1 ima\u00adgi\u00adnava uma rela\u00e7\u00e3o entre o consumo de oxi\u00adg\u00ea\u00adnio e o aque\u00adci\u00admento do corpo. Com isso em mente, Mayer questiona:<\/p>\n\n\n\n

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\u201c<\/span>As ener\u00adgias s\u00e3o enti\u00adda\u00addes con\u00adver\u00ads\u00ed\u00adveis, mas indes\u00adtru\u00adt\u00ed\u00adveis [\u2026] a energia uma vez que existe, n\u00e3o pode ser ani\u00adqui\u00adlada; pode somente mudar de forma, e da\u00ed surge a quest\u00e3o: que outras formas pode ela assumir? Somente a expe\u00adri\u00ad\u00ean\u00adcia pode nos levar a uma conclus\u00e3o.\u201d <\/p>\nJulius Robert Von Mayer [1842]<\/cite><\/blockquote>\n\n\n\n

Entre 1840 e 1850, von Mayer mostrou que o tra\u00adba\u00adlho podia ser con\u00adver\u00adtido em calor atrav\u00e9s do atrito, ou seja, energia de movi\u00admento podia virar tem\u00adpe\u00adra\u00adtura. O calor \u00e9 uma forma de energia! Por\u00e9m, a comu\u00adni\u00addade cien\u00adt\u00ed\u00adfica ignorou os tra\u00adba\u00adlhos de von Mayer durante duas d\u00e9cadas, con\u00adsi\u00adde\u00adrado ele espe\u00adcu\u00adla\u00adtivo devido \u00e0 for\u00adma\u00ad\u00e7\u00e3o e car\u00adreira como auxi\u00adliar de medi\u00adcina do autor.<\/p>\n\n\n\n

James Joule e o experimento do Equivalente Mec\u00e2nico do Calor<\/h3>\n\n\n\n
Figura 2. Desenho esque\u00adm\u00e1\u00adtico do Expe\u00adri\u00admento de Joule publi\u00adcado na Har\u00adper\u2019s New Montlhy Maga\u00adzine<\/em>, No. 231, agosto de 1869.
Fonte : Dom\u00ednio p\u00fablico, via Wiki\u00adme\u00addia Commons<\/a>.<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Na mesma \u00e9poca de von Mayer, o jovem cer\u00adve\u00adjeiro e cien\u00adtista amador James Joule<\/a> rea\u00adli\u00adzou uma s\u00e9rie de expe\u00adri\u00admen\u00adtos num simples labo\u00adra\u00adt\u00f3\u00adrio de sua fam\u00edlia em Salford. Ele buscava encon\u00adtrar algum tipo de medida mec\u00e2\u00adnica rela\u00adci\u00ado\u00adnada ao calor. Em outras pala\u00advras, ele buscava con\u00adver\u00adter o movi\u00admento em aque\u00adci\u00admento, leia-se calor. <\/p>\n\n\n\n

Ap\u00f3s diver\u00adsas ten\u00adta\u00adti\u00advas, ele criou um expe\u00adri\u00admento no qual a queda de um peso movi\u00admen\u00adtava uma h\u00e9lice em um reci\u00adpi\u00adente com \u00e1gua. A tem\u00adpe\u00adra\u00adtura era visu\u00ada\u00adli\u00adzada com um term\u00f4\u00adme\u00adtro, pos\u00adsi\u00adbi\u00adli\u00adtando medir o aque\u00adci\u00admento da \u00e1gua.<\/p>\n\n\n\n

Figura 3. Aparato expe\u00adri\u00admen\u00adtal uti\u00adli\u00adzado por Joule para medir o \u201cEqui\u00adva\u00adlente Mec\u00e2\u00adnico do Calor\u201d. Fonte: Gaius Cor\u00adne\u00adlius, Dom\u00ednio p\u00fablico, via Wiki\u00adme\u00addia Commons<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Com essa mon\u00adta\u00adgem, Joule con\u00adse\u00adguiu aquecer uma libra de \u00e1gua ( ~ 0,45 Litros) em um grau fah\u00adre\u00adnheit (~ 0,56 Celsius). Assim ele con\u00adse\u00adguia rela\u00adci\u00ado\u00adnar a dife\u00adren\u00e7a entre a energia poten\u00adcial gra\u00advi\u00adta\u00adci\u00ado\u00adnal e a energia cin\u00e9\u00adtica adqui\u00adrida com o aumento da tem\u00adpe\u00adra\u00adtura da \u00e1gua. Assim, Joule con\u00adse\u00adguiu medir o calor gerado no sistema a partir do tra\u00adba\u00adlho mec\u00e2nico! <\/p>\n\n\n\n

Quando con\u00adse\u00adguiu resul\u00adta\u00addos satis\u00adfa\u00adt\u00f3\u00adrios, depois de quase 30 anos, Joule apre\u00adsen\u00adtou-os em uma reuni\u00e3o em Oxford. Onde des\u00adper\u00adtou o inte\u00adresse do at\u00e9 ent\u00e3o jovem William Thomp\u00adson, o futuro Lord Kelvin<\/a>! Joule se casou e, DURANTE A SUA LUA DE MEL<\/strong>, rea\u00adli\u00adzou expe\u00adri\u00admen\u00adtos em uma cacho\u00adeira em Cha\u00admo\u00adnix junto do jovem Thompson. <\/p>\n\n\n\n

De maneira obje\u00adtiva, Joule demons\u00adtrou em 1845 que a \u201cperda\u201d de vis viva (energia mec\u00e2\u00adnica) era, na verdade, o calor pro\u00addu\u00adzido no reci\u00adpi\u00adente. Ele definiu que: \u201conde a For\u00e7a Mec\u00e2\u00adnica \u00e9 gasta, sempre obtemos um equi\u00adva\u00adlente exato de calor\u201d. Essa \u00e9 outra forma de des\u00adcre\u00adver que a Energia se conserva.<\/p>\n\n\n\n

Rudolf Clausius e a formaliza\u00e7\u00e3o da 1\u00aa Lei da Termodin\u00e2mica<\/h3>\n\n\n\n

Rudolf Clau\u00adsius foi quem publi\u00adcou a pri\u00admeira vers\u00e3o formal da 1\u00aa Lei. Em 1850, ele des\u00adcre\u00adveu pro\u00adces\u00adsos ter\u00admo\u00addi\u00adn\u00e2\u00admi\u00adcos c\u00edcli\u00adcos (muito ins\u00adpi\u00adrado em motores), se refe\u00adrindo \u00e0 Energia Interna do sistema como uma medida do estado deste. Segundo Clausius, <\/p>\n\n\n\n

Figura 4. Viagem inau\u00adgu\u00adral da fer\u00adro\u00advia Liver\u00adpool e Man\u00adches\u00adter. Os motores passam a fazer parte do dia-a-dia, entrando no senso comum. Fonte: Dom\u00ednio p\u00fablico, via Wiki\u00adme\u00addia Commons<\/a>.<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n
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\u201c<\/span>Em um pro\u00adcesso ter\u00admo\u00addi\u00adn\u00e2\u00admico envol\u00advendo um sistema fechado, o aumento da Energia Interna \u00e9 igual \u00e0 dife\u00adren\u00e7a entre o Calor acu\u00admu\u00adlado pelo sistema e o Tra\u00adba\u00adlho rea\u00adli\u00adzado por ele\u201d.<\/p>\nRudolf Clau\u00adsius [1850]<\/cite><\/blockquote>\n\n\n\n

Al\u00e9m disso, disse que \u201csempre que Tra\u00adba\u00adlho \u00e9 pro\u00addu\u00adzido por meio de Calor, a quan\u00adti\u00addade de Calor con\u00adsu\u00admida \u00e9 pro\u00adpor\u00adci\u00ado\u00adnal ao Tra\u00adba\u00adlho rea\u00adli\u00adzado, e vice-versa\u201d; dessa forma ele inclui os tra\u00adba\u00adlhos de Joule e Mayer.<\/p>\n\n\n\n

Muitos cien\u00adtis\u00adtas revi\u00adsa\u00adram e refor\u00admu\u00adla\u00adram a 1\u00aa Lei, mas segue sendo uti\u00adli\u00adzada. Fica claro, a partir da forma como \u00e9 des\u00adcrita, que a for\u00admu\u00adla\u00ad\u00e7\u00e3o Ter\u00admo\u00addi\u00adn\u00e2\u00admica da Con\u00adser\u00adva\u00ad\u00e7\u00e3o de Energia e das rela\u00ad\u00e7\u00f5es entre Calor e Tra\u00adba\u00adlho foi criada com motores em mente. Isso \u00e9 um retrato da \u00e9poca na qual a Ter\u00admo\u00addi\u00adn\u00e2\u00admica se desen\u00advol\u00adveu: a Revo\u00adlu\u00ad\u00e7\u00e3o Industrial.<\/p>\n\n\n\n

Maria Eduarda Bell\u00f3 e Gabriel Cury Perrone \/ Equipe AMLEF 2023<\/h5>\n\n\n\n
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Refer\u00eancias:<\/h2>\n\n\n\n