Introdução à primeira lei da termodinâmica

RKA7JV - Hoje vou falar para você um pouquinho sobre a primeira lei da termodinâmica, também conhecida como lei da conservação da energia. Mas, antes de a gente entrar na primeira lei propriamente dita, vamos dar uma olhada nesse termo aqui: termodinâmica. O prefixo "termo" está relacionado com temperatura. A termodinâmica é o ramo da física que estuda as relações entre trabalho, calor, temperatura e energia. Basicamente, ela investiga qual a dinâmica envolvida na temperatura. E por que a primeira lei da termodinâmica também é conhecida como a lei da conservação de energia? Vamos dar uma olhada. A primeira lei da termodinâmica diz que a energia não pode ser criada ou destruída, somente convertida de uma forma para outra. Então, o eu quero neste vídeo é apresentar para vocês alguns exemplos, para vocês realmente absorverem esse conceito de que a energia não pode ser criada e nem destruída, só pode ser convertida de uma forma para outra. Vamos dar uma olhada nessa lâmpada. Dá uma pausa no vídeo, e tenta pensar quais os tipos de energia que estão envolvidos quando essa lâmpada está acesa. Pensou? Provavelmente você deve ter falado na energia radiante, que eu vou colocar aqui. Que é a luz que essa lâmpada emite. E de onde vem essa energia radiante, essa luz que a lâmpada emite? Ela vem do calor gerado pelos elétrons aqui nesse filamento de metal da lâmpada. Acabei de citar mais um tipo, que é a energia térmica. Como eu acabei de falar, a energia térmica vem do movimento dos elétrons neste filamento aqui, dentro do bulbo da lâmpada. Esse filamento é uma resistência, à medida em que os elétrons se movem através dessa resistência, eles liberam calor, e a energia do movimento é a energia cinética dos elétrons. Deixe-me escrever aqui, elétrons. A gente viu que a energia radiante vem da térmica, a térmica vem da cinética dos elétrons, e a cinética vem de onde? Essa energia cinética dos elétrons, do movimento dos elétrons, vem da energia potencial. Então, a lâmpada estará ligada na tomada, vou fazer aqui uma tomada, no caso, de três pinos, aqui no Brasil são três pinos, E o que acontece aqui? Existe um potencial eletrostático entre o plugue e a tomada. Quando você liga o plugue na tomada, os elétrons conseguem passar para a lâmpada, que é o que a gente chama de corrente elétrica. E o que acontece quando a gente desliga a lâmpada, quando a gente tira essa lâmpada da tomada? Para onde vai toda essa energia? Ela simplesmente desaparece? Não! A gente viu na primeira lei que ela não pode ser destruída, somente convertida. A lâmpada é um sistema aberto. A energia cinética vai deixar de acontecer, vai deixar de vir para esse sistema. A energia radiante também, que é a luz. Mas a energia térmica, por exemplo, vai continuar lá. Se você apagar uma lâmpada que ficou ligada por muito tempo e encostar a mão no bulbo, na parte de vidro, o que acontece? Você pode queimar a mão, porque esse vidro está aquecido, no caso de uma lâmpada como essa aqui, que não é a lâmpada fria, daquela que é uma luz mais branca. E do vidro, ela pode passar para o ar e, assim, ela vai ser transferida para outros sistemas. A luz que foi apagada foi para algum lugar, ela pode ter aquecido moléculas do ar e foi transferida também para outro sistema. Vamos dar uma olhada nesse exemplo aqui da mesa de bilhar. Quando a gente bate o taco nessa bola branca, para onde vai a energia? Uma parte dela vai ser usada para mover a bola, para acertar essa bola vermelha, por exemplo, e essa bola vermelha vai se movimentar e acertar a próxima. Mas, se você já jogou bilhar alguma vez, você já percebeu que as bolas vão parar em algum momento, não vão ficar batendo umas nas outras para sempre. Para onde foi essa energia? Aqui também é um sistema aberto. Então, quando a bola estava rolando para bater na outra, existia uma resistência do ar, as moléculas do ar estavam batendo na bola e isso reduziu a velocidade dela. Essa fricção do ar também foi convertida em calor. Uma boa parte da energia nos sistemas é normalmente convertida em calor mesmo, ao invés de ser usada para o trabalho. Aqui, ao invés do trabalho que, no caso, é mover a bola, parte dessa energia se transformou em calor. A mesma coisa acontece com a mesa de bilhar, essa energia também vai ser transformada em calor, vai ser perdida na forma de calor. E esse exemplo aqui dessa halterofilista? Bom, quando ela levantou o peso, como foi a transferência de energia, como ela aconteceu? A energia que estava nas celulas, que estavam nos ATPs do corpo dela, foi transferida para os músculos. Então, ela fez um movimento, foi a energia cinética, ela moveu o braço para cima e, agora, isso foi transferido para o peso. E essa energia está, agora, em forma de energia potencial. Então, aqui, energia potencial. Se ela abaixar o braço, o que vai acontecer? Esse peso vai cair, porque tem muita energia potencial aqui. Mas será que toda a energia foi transformada em energia potencial? Não, quando ela mover o braço, o que acontece? Parte dessa energia vai ser transformada em calor. O corpo dela mesmo vai aquecer, as moléculas de ar aqui em volta do braço vão aquecer. Então, essa energia vai ser transformada, vai ser transferida para outros sistemas, vai ser perdida na forma de calor também. A mesma coisa acontece com esse corredor aqui. Quando ele corre, a energia química que está armazenada no corpo dele vai impulsionar os músculos para que ele consiga correr. Mas parte também vai ser perdida em forma de calor. Uma parte dessa energia também vai sair na forma de calor. O que mais? Aqui, também, a gente tem uma parte da energia perdida, porque houve uma fricção entre o tênis e o chão, na hora que ele pisa no chão, uma parte dessa energia vai ser transferida para o chão. A fricção gera calor. O que é o calor? O calor é, basicamente, o movimento das moléculas. Se você tem uma temperatura muito alta, significa que as moléculas estão super agitadas, tem uma energia cinética muito alta. Olha esse outro exemplo: aqui, a gente tem um nadador que vai dar um mergulho. Esse último estágio, o que acontece? Parte da energia do nadador vai ser perdida quando ele encontrar o rio, quando ele encontrar a água. As ondas vão dissipar parte dessa energia, a fricção do corpo dele com a água, e também a fricção do corpo dele com o ar, isso também gera calor, porque as moléculas ao redor dele também estão em movimento. E nessa fogueira, a energia potencial da lenha sendo queimada está se transformando em luz e calor, em energia radiante e energia térmica. E essa energia não desaparece simplesmente. Ela vai ser dissipada. Vai ser transferida para o ar, vai ser transferida para as pessoas, se elas estiverem em volta da fogueira, justamente porque a energia não pode ser destruída, só pode ser convertida ou transferida para outros sistemas. E nesse raio? No raio, como funciona? A parte de baixo da nuvem é negativa e a parte de cima é positiva. E aqui no chão, também, é positivo. Então, aqui a gente tem um potencial eletrostático. Vai chegar um momento em que esses elétrons que estão na parte de baixo da nuvem serão transferidos pelo ar, chegando até o chão, que é, justamente, o raio. E nesse processo, o que acontece? É liberado muito calor e luz. Então, a energia potencial se transformou em energia cinética, aqui dos elétrons, e também em energia térmica e energia radiante. E o ponto deste vídeo é justamente esse. Não interessa em qual exemplo você vai pensar, em qual exemplo você vai olhar no seu dia a dia. Sempre a energia vai ser convertida de uma forma para outra, vai ser transferida de um sistema para outro, mas ela nunca vai ser criada ou destruída. Espero que eu tenha passado aqui uma introdução sobre a primeira lei da termodinâmica, e eu espero você no próximo vídeo!