Termodinâmica clássica ou termodinâmica do equilíbrio: aspectos conceituais básicos.

Abstract

ResumoA Termodinâmica Clássica ou Termodinâmica do Equilíbrio é uma das áreas da Física mais bem consolidadas. É sintetizada por uma estrutura de conhecimento bem definida e autocoerente. A essência da estrutura teórica da Termodinâmica Clássica está num um conjunto de leis naturais que governam o comportamento de sistemas físicos macroscópicos. Essas leis foram formuladas a partir de generalizações de observações e são, em grande parte, independentes de quaisquer hipóteses relativas à natureza microscópica da matéria. Em geral, as aproximações estabelecidas para a Termodinâmica Clássica seguem uma das duas alternativas: a aproximação histórica que faz uma descrição cronológica da evolução das idéias, conceitos e fatos e, a aproximação postulatória, na qual são formulados postulados não demonstrados "a priori", mas que podem ter suas veracidades confirmadas "a posteriori". Neste trabalho, elaboramos uma breve revisão da evolução conceitual da aproximação histórica pré-clássica que vai desde o início do século XVII até meados do século XIX. Para isso, abordamos de forma evolucionária e fenomenológica os seguintes temas: natureza do calor, termometria, calorimetria, máquina térmica de Carnot, equivalente mecânico do calor e, a primeira e a segunda lei. A lei zero, que foi formulada posteriormente, está incluída na discussão. Palavras-chave: Leis da Termodinâmica. Temperatura. Equilíbrio térmico. Calor. Calórico. Máquina térmica. Ciclo de Carnot. Energia interna. Trabalho mecânico. Equivalente mecânico do calor. Entropia. AbstractThe Classical or Equilibrium Thermodynamics is one of the most consolidated fields of Physics. It is synthesized by a well-known and self coherent knowledge structure. The essence of the Classical Thermodynamics theoretical structure consists of a set of natural laws that rule the macroscopic physical systems behavior. These laws were formulated based on observations generalizations and are mostly independent of any hypotheses concerning the microscopic nature of the matter. In general, the approaches established for the Classical Thermodynamics follow one of the following alternatives: the historical approach that describes chronologically the evolution of ideas, concepts and facts, and the postulational approach in which postulates are formulated but are not demonstrated a priori but can be confirmed a posteriori. In this work, a brief review of the pre-classical historical approach conceptual evolution is elaborated, from the beginning of the seventeenth century to the middle of the nineteenth century. As for this, the following themes are dealt with in an evolutionary and phenomenological way:

O ensino de História e Filosofia da Termodinâmica como meio para o pensamento complexo

“…Um exemplo muito conhecido são as máquinas a vapor que geraram trabalho mecânico para colocar locomotivas e outros eixos rotativos em movimento. Não obstante, esse aperfeiçoamento para realizar movimento giratório foi numa etapa posterior a sua concepção, pois a máquina era inicialmente voltada à função de bombear água para fora das jazidas de carvão mineral que, dada a exploração predatória das fontes vegetais e minerais de energia, criou a necessidade de buscar combustíveis em cavas cada vez mais profundas, que acabavam inundadas pelo lençol freático (PÁDUA et al, 2008). É sabido e largamente referido na história da Termodinâmica que a tecnologia das máquinas térmicas foi desenvolvida antes mesmo de uma teoria das mesmas, isto é, da matematização, fundamentação teórica e elaboração das leis acerca dos processos físicos envolvidos na transformação de calor em trabalho mecânico (PÁDUA et al, 2008).…”

“…Não obstante, esse aperfeiçoamento para realizar movimento giratório foi numa etapa posterior a sua concepção, pois a máquina era inicialmente voltada à função de bombear água para fora das jazidas de carvão mineral que, dada a exploração predatória das fontes vegetais e minerais de energia, criou a necessidade de buscar combustíveis em cavas cada vez mais profundas, que acabavam inundadas pelo lençol freático (PÁDUA et al, 2008). É sabido e largamente referido na história da Termodinâmica que a tecnologia das máquinas térmicas foi desenvolvida antes mesmo de uma teoria das mesmas, isto é, da matematização, fundamentação teórica e elaboração das leis acerca dos processos físicos envolvidos na transformação de calor em trabalho mecânico (PÁDUA et al, 2008). Esse fato histórico é de grande valia para exemplificar como as ciências também se desenvolvem na direção oposta da que se pensa usualmente, qual seja, partindo da "descoberta" de um fato científico, seguida da ampliação e refinamento da teoria e, posteriormente, aplicação direta na construção de objetos tecnológicos.…”

“…Por ser uma "teoria de princípios", como diria Einstein (KLEIN, 1967), suas leis podem ser elaboradas em variadas sentenças que identifiquem e descrevam o mesmo fenômeno observável. De acordo com Pádua (et. al., 2008), dentre os cientistas que foram decisivos na formulação da primeira lei da termodinâmica (conservação de energia), Rudolf Clausius (1822 -1888) deu contribuição muito significativa.…”

Métodos semiempíricos de química quântica no ensino da entalpia das reações químicas

“…Na ocasião o químico e físico Robert Boyle, realizava trabalhos experimentais comprovando as ligações macroscópicas presente entre temperatura, volume e pressão nas substâncias gasosas. As leis inferidas desde então com relação a esses experimentos, esclareceram o comportamento de sistemas físicos macroscópicos, desatrelado, na sua maioria, de quaisquer hipóteses relacionadas com o caráter atômico-molecular da matéria [10][11][12]. Contudo, algumas questões dos aspectos atômico-molecular nos proporcionam um melhor entendimento ao tratar a dinâmica dos processos de transferência de energia [13].…”

Rompeu, e agora? Barragens de rejeito de mineração: economia ecológica e seus elementos espaciais

“…Entretanto, fica evidente que não há um foco para as futuras gerações e os problemas relacionados a economia de enclave. Pádua, et al (2008), afirma a importância da temperatura para a primeira e segunda lei da termodinâmica. Todavia, a lei zero surgiu apenas na década de 1930 e está baseada no equilíbrio térmico.…”