Sistema Termicamente Isolado
Todos os experimentos do cotidiano revelam que a estabilidade térmica é uma disposição natural. Isso pode ser percebido quando um copo com água gelada é esquecido fora da geladeira. Com o passar do tempo, a água começa a atingir a temperatura ambiente. Outro exemplo é observado quando se mistura dois líquidos de temperaturas diferentes, depois de certo tempo, essa solução alcança uma temperatura média, onde não existe mais variação.
Por isso, quando dois ou mais elementos que possuem temperaturas distintas entram em contato, há uma troca de calor entre si até alcançarem o equilíbrio térmico, ou temperatura média.
É chamado de sistema termicamente isolado o grupo de corpos que não realiza troca de calor com o meio ambiente. Dessa maneira, a única troca de calor existente é entre os compostos da mistura.
Quando dois corpos A e B são presos dentro de um recipiente feito com paredes que separam termicamente os dois, e sendo que o corpo A possui temperatura maior do que o corpo B existe uma predisposição do corpo A dissipar calor para o corpo B, até que o equilíbrio térmico seja estabelecido.
Matematicamente essa expressão de trocas de calor pode ser demonstrada da seguinte forma:
Qa + Qb = 0
Assim:
ma.ca (Te – Ta) + mb.cb (Te – Tb) = 0
Portanto, sempre a adição da quantidade de calor de um sistema termicamente isolado será igual a zero, uma vez que a tendência dos corpos é atingir o equilíbrio entre si. Dessa maneira:
Qa + Qb + Qc + … = 0
Isolamento térmico
Isolantes térmicos são reservatórios que possibilitam reunir corpos sem que aconteça nenhuma ou quase nenhuma de troca de calor com o ambiente ou entre eles. O recipiente onde o corpo é guardado e que a sua parte interna não realiza nenhuma troca de calor com o meio externo é denominado de recipiente termicamente isolado.
Um exemplo de recipiente termicamente isolado são as garrafas térmicas e as geladeiras de isopor.
Dispositivos dos quais os objetos são parecidos com os das garrafas térmicas e das geladeiras de isopor, são conhecidos como calorímetros. Um calorímetro perfeito é aquele que não possibilita nenhuma condição de troca de calor entre os elementos do seu interior e o ambiente externo.
Calorímetro e troca de calor
Quando se coloca um elemento de temperatura elevada no interior de um calorímetro com temperatura mais baixa, esse calorímetro possui a tendência de captar o calor do elemento. Entretanto, a quantidade de calor captado pelo calorímetro nessa condição, só será aceitável dependendo da sua capacidade térmica (C).
A capacidade térmica é a associação entre o calor incorporado por um corpo (Q) e a ascensão de temperatura sofrida por ele depois de incorporar o calor (?T), isto é:
C = Q / ?T
Quando dois elementos são posicionados juntos no interior de um calorímetro, acontece a troca de calor entre eles e entre os elementos e o calorímetro. Suponde que um elemento X à uma temperatura Tx, e um elemento Y à uma temperatura Ty, e um calor´metro de capacidade térmica C, temos:
– Tx > Ty
– o calor é transmitido de X para Y e também para o calorímetro
– depois da troca de calor, Tx será igual a Ty
Quando estabelecido o equilíbrio térmico, uma parcela do calor transferido por X (Qx) é captada por Y (Qy), e outra parcela é absorvida pelo calorímetro (Q). A partir disso tem-se:
Qx + Qy + Q = 0
Princípios das trocas de calor
Como dito anteriormente, o calor é uma fonte de energia que, em um sistema termicamente isolado, não existe trocas de calor com o meio ambiente. Dessa maneira, somente os corpos que fazem parte do sistema poderão trocar calor entre si.
Corpos que apresentarem temperaturas maiores doam calor e se resfriam, no tempo em que os corpos com temperaturas mais baixas recebem esse calor e se aquecem. Desse modo, a quantidade total de calor absorvida por certos corpos só podem existir se outros corpos cederem calor, isto é:
|SQrecebido| = |SQcedido|.|SQrecebido| = |SQcedido|
Na qual o símbolo S demonstra a soma das quantidades de calor.
Estipulasse que a quantia de calor junto com o recebimento de calor teria valor matemático positivo, ao mesmo tempo em que a quantia de calor dada teria valor matemático negativo. Portanto, para um sistema termicamente isolado, a soma das quantias de calor cambiada entre os corpos, equivale à zero.
Q1 + Q2 + Q3 + … + Qn = 0
No qual N significa o número de elementos dentro do sistema.
Termologia
Chama-se termologia o ramo da física que estuda os eventos relacionados ao calor, resfriamento, aquecimento, mudança de temperatura e mudança de estado físico.
Temperatura é à medida que designa o estado térmico de um elemento ou de um sistema. Quando se aumenta a temperatura de um elemento ou sistema pode-se afirmar que se está elevando o estado de movimentação das moléculas.
Quando dois elementos ou sistemas alcançam temperaturas iguais, afirma-se que esses elementos ou sistemas encontram-se em equilíbrio térmico.