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Transcrição de vídeo

fiz uma série de vídeos nos quais usei palavras como pressão e vou anotar a expressão a temperatura e volume eles estão aos poucos sendo postados nas listas de reprodução de física e química especialmente na lista de física mas mesmo nos vídeos de química o cei também palavras como energia cinética e vou escrever é para energia usei também as palavras força e velocidade e vários outros tipos de propriedades das coisas o que eu quero fazer nesse vídeo uma distinção que se torna importante quando começarmos a falar de coisas um pouco mais específicas especialmente no que diz respeito a termodinâmica o estudo do movimento do calor essas propriedades são as propriedades de um sistema que também podem ser chamadas de macro estados de um sistema macro estados por exemplo para ficar bem claro ao falar de um sistema se tiver um balão como este amarrado assim talvez com um fio esse balão está associado com esses macro estados existe pressão nesse balão lembre se que a pressão significa força por área existe temperatura nesse balão e claro existe volume no balão mas tudo isso nos ajuda a relacionar o que está acontecendo dentro de si balão ou como balão reagir em sua realidade diária antes que as pessoas sequer soubessem o que era um átomo ou talvez pensassem que poderia haver um átomo mas nunca tinham provado isso elas estavam lidando com esses macro estados as pessoas podiam medir a pressão podiam medir a temperatura e também o volume agora sabemos que a pressão é devida a coisas como o número de átomos em movimento e vamos supor que este seja um balão de gás é um balão e tem que ser de gás sabemos que a pressão é de fato causada acho que já fiz um vídeo sobre isso na lista de reprodução de química e outro na física os vídeos foram realizados com um ano de diferença então vocês vão poder avaliar se o meu pensamento evoluiu ou não enfim sabemos que a pressão é de fato devido ao movimento dessas partículas ao se chocarem contra as paredes laterais do balão existem muitas partículas em um dado momento algumas delas se chocam contra a parede do balão e é isso que empurra de fato balão para fora conferindo lhe pressão eo volume falamos sobre temperatura e sobre sua energia cinética média que é uma função dessas partículas que podem ser moléculas de gás ou se for um gás ideal podem ser os átomos de gás talvez sejam átomos de hélio ou nenhum ou algo parecido e todas essas coisas descrevem os micro estados por exemplo eu poderia descrever o que está acontecendo com o balão poderia dizer que a poderia colocar alguns números aqui a pressão é de 5 mil tons por metro quadrado ou algumas unidades pascal as unidades não são importantes nesse vídeo só quero fazer a diferenciação entre essas duas formas de descrever o que está acontecendo poderia supor que a temperatura seja 300 kelvin poderia supor que o volume seja de vamos dizer um litro eu descrevi um sistema mas o de escrever em um nível macro poderia ser muito mais preciso especialmente agora que sabemos que coisa como átomos e moléculas existem o que poderia fazer é classificar cada uma dessas moléculas ou digamos átomos do gás contido no balão e poderia supor que neste exato momento eu poderia supor que o tempo seja igual a zero um átomo um tenha seu impulso seja igual à x e sua posição em coordenadas tridimensionais seja x y e z então poderia supor que o átomo 2 que o seu impulso e estou usando roupa impulso seja igual a y e que sua posição seja abc e poderia enumerar cada átomo dessa molécula obviamente estamos lidando com um grande número de átomos na ordem de 10 a mais de 20 trata se de uma lista enorme mas eu poderia literalmente lhe dizer o estado de cada átomo nesse balão e se eu fizesse isso estaria dando os micro estados ou lhe daria um micro estado específico do balão nesse momento agora quando um sistema e vou introduzir aqui uma palavra porque essa palavra importante especialmente à medida que avançamos estiverem equilíbrio termodinâmico vou anotar isso equilíbrio aprendemos sobre equilíbrio do ponto de vista da química isso significa que a quantidade que ocorre em sentido direto é equivalente à quantidade que ocorre em sentido inverso e quando falamos de macro estados e equilíbrio termodinâmico significa que o makro está definido que não sofre variações se esse balão estiverem equilíbrio no tempo um sua pressão temperatura e volume terão esses valores e se olharmos um segundo depois sua pressão temperatura e volume terão os mesmos valores está em equilíbrio nenhum dos macro estados sofreu variação e na verdade eu vou falar sobre isso daqui a pouco para que esses macro estados sejam definidos sejam bem definidos precisa vir equilíbrio agora em um segundo número em tempo igual a zero podemos ter esse conjunto de enumerar os dez ou mais de 20 micro estados de todos os átomos diferentes dessa molécula mas se olhar para esses gases um segundo mais tarde vou ter um micro estado completamente diferente certo porque todos esses atos teriam se chocado um contra o outro e conferindo seu impulso todos os tipos de coisas poderiam ter acontecido em um segundo aqui então teríamos um micro estado completamente diferente mesmo em estado de equilíbrio termodinâmico e mesmo que o nosso macro estado permaneça o mesmo nossos micro estados sofrem variações a cada milionésima parte de um segundo estão sofrendo variações contínuas e é por isso que geralmente em termodinâmica existe a tendência de lidar com esses macro estados e de fato a termodinâmica ou pelo menos quase tudo que aprendemos no primeiro ano do curso de química ou física foi concebido ou pensada bem antes que as pessoas tivessem uma noção do que estava acontecendo no nível macro e isso é muitas vezes algo bem importante de ter em mente vamos abordar conceitos como entropia energia interna entre outros e você poderia estar se perguntando qual é a relação com os átomos vamos fazer a relação com os átomos e moléculas mas é bom saber que as pessoas que falaram pela primeira vez sobre esses conceitos não tinham realmente a certeza do que estava acontecendo a um nível micro as medições eram feitas apenas um de um macro quero voltar agora essa idéia de equilíbrio para que esses macro estados sejam definidos o sistema precisa estar em equilíbrio permitam me explicar o que isso significa se fosse tomar um cilindro vamos usar muito esse lembro por isso é bom se acostumar com ele e um cilindro tivesse um pistão dentro vamos supor que a parte superior do cilindro possa mover se para cima e para baixo essa é a parte superior do cilindro o cilindro é maior mas vamos supor que esta seja a parte superior desse lindo e que essa parte possa ser movimentada para cima e para baixo e de fato vamos somente mudar o volume do cilindro certo poderia tê-lo desenhado dessa forma poderia tê-lo desenhado com um cilindro e poderia ter desenhado o pistão assim portanto aqui há uma profundidade que não estou mostrando estamos olhando para frente do cilindro portanto em qualquer momento vamos supor que o gás esteja entre o cilindro ea parte inferior do nosso recipiente há muitas moléculas de gás aqui um grande número de moléculas e vamos supor que tem uma pedra em cima do cilindro estamos fazendo isso no espaço portanto tudo acima do pistão e vácuo vou apagar tudo em cima vou pagar isso para que possam visualizar isso acontece no espaço e também no wako vão notar isso então tudo aqui em cima e vácuo o que basicamente quer dizer que não há nada lá não há pressão a partir daqui não há partículas aqui apenas espaço vazio e para manter isso já sabemos estudamos isso várias vezes esse gás está gerando partículas que estão se chocando contra as paredes a parte inferior desse estão o tempo todo estão se chocando contra tudo certo sabemos que isso acontece de maneira contínua vamos aplicar pressão para compensar a pressão que está sendo gerada pelo gás caso contrário o pistão ser empurrado para fora o pistão se moveria para cima e todo gás se expandiria vamos supor que colocamos uma pedra um grande peso em cima vou usar uma cor diferente colocamos um peso grande em cima do pistão onde a força compensa completamente a força aplicada pelo gás obviamente isso significa uma força sobre uma área certo a área do pistão sobre uma área portanto é possível calcular a sua pressão e essa pressão compensará completamente a pressão do gás mas a pressão do gás só para lembrar está agindo em todas as direções a pressão sobre esta placa é a mesma que a pressão nesse lado ou naquele lado ou na parte inferior do recipiente com a qual estamos trabalhando vamos supor que iremos retirar esta não não vamos retirar a pedra vamos supor que iremos retirar somente metade da pedra de repente o peso empurrado para baixo ou a força empurrada para baixo é diminuída pela metade imediatamente ou desenhar isso aqui o vôo talvez seja melhor copiar e colar isso aqui não copio colo agora ele retirar metade dessa pedra em um passe de mágica permita me pegar a ferramenta borracha e retirar metade dela e agora o que vai acontecer agora esse pistão está aplicando metade da força o pistão não pode compensar a pressão resultante deste gás portanto tudo isso será empurrado para cima mas fez isso tão rápido você também pode tentar quer dizer isso pode ser aplicado há muitas coisas no caso de um peso pendurado em uma mola por exemplo retiramos apenas metade do peso não passaria sem dificuldades para outro estado o que irá acontecer deixe-me ver se posso fazer isso usando a ferramenta cortar e colar basicamente ao retirar metade da pedra o gás irá se expandir um tanto em seguida esse peso voltar para baixo irá saltar e ir para baixo vai expandir-se porque o gás vai empurrar para cima em seguida voltar para baixo depois irá oscilar um pouco e eventualmente ficará estável e talvez volte será mais ou menos assim vou preencher isso não deveria ser branco deveria ser preto vou colocar laterais num recipiente se esperarmos o tempo suficiente chegaremos eventualmente a outro estado de equilíbrio no qual estão em cima ou a parte superior não estão se movendo e agora o gás preencheu esse recipiente nesse momento estávamos em equilíbrio a pressão em todo o gás é igual o volume estava em uma situação estável não sofreu variações de um segundo para o outro por isso os macro estados foram bem definidos se esperarmos o tempo suficiente o pistão chegar a uma certa estabilidade e parar de se mover quando o pistão parar de se mover o volume para de sofrer variações a pressão vai começar a tornar se uniforme em todo recipiente a temperatura vai tornar-se uniforme haverá agora um volume maior ou uma pressão mais baixa provavelmente uma temperatura mais baixa supondo que não há calor adicionada ao sistema então tudo será bem definido novamente poderemos calcular a pressão o volume ea temperatura mas o que aconteceu no exato momento que retirei essa pedra quando o pistão foi empurrado para cima e oscilou e durante algum tempo a pressão na parte superior era mais baixa do que a parte inferior talvez a temperatura na parte superior se tivesse mais baixa do que a temperatura na parte inferior tudo estava em estado de fluxo e não em um estado de equilíbrio naquele momento vou desenhar isso quando estávamos naquele estado quando tudo estava bem louco no exato momento em que retiramos a pedra lembre-se temos uma pequena pedra em cima tudo está se movendo para cima e para baixo talvez a pressão na parte de cima e se tivesse mais baixa do que a pressão na parte inferior não havia chance de alcançar um equilíbrio de estado nesse estado e isto é importante especialmente porque vamos falar de coisas como reações reversíveis e processos reversíveis e processos quase estáticos nesse ponto da reação quando acabamos de fazer isso nenhum macro estado estava bem definido não seria possível calcular o volume desse sistema porque estava sofrendo variações a cada segundo ou microssegundo por estar como que flutuante não seria possível calcular a pressão do sistema porque ele estava sofrendo variações a cada segundo não seria possível calcular a temperatura talvez a temperatura estivesse igual a esta parte aqui ou a esta parte aqui todo tipo de coisas loucas estavam acontecendo quando o sistema estiver em estado de fluxo os macro estados não estão bem definidos gostaria de sublinhar este aspecto vou colocar isso em um diagrama permita me desenhar isso um diagrama pv vamos usar bastante isso no eixo y colocaria pressão e no eixo x colocaria o volume o estado inicial no qual a pedra estava em cima da parte superior esta parte superior móvel ou este pistão talvez tivéssemos pressão e volume bem definidos então o eixo y é a pressão eo eixo x é o volume e aí que começamos tudo estava bem definido isso é o estado 1 ou classificá lo aqui quando retiramos a metade da pedra esperamos um tempo suficiente e chegamos a um estado de equilíbrio chegamos ao estado dois no qual a pressão eo volume a temperatura estavam bem definidos vou colocá lo neste diagrama tv então esse é o estado 2 chegamos aqui como nota poderia talvez colocar a temperatura como uma dimensão extra mas a temperatura é completamente determinada pela pressão e volume especialmente se estivermos lidando com gás ideal lembre-se e fizemos isso em vários vídeos tv igual a nrt são constantes o número de mortos não muda e esta é a constante de gás universal que não muda se você souber valor de pi eo valor de ver saberá o valor de t são apenas essas duas coisas que precisam ser determinadas falarei mais sobre isso em outros vídeos a coisa mais importante é entender é que comecei nesse estado no qual a pressão e volume estavam bem definidos terminei nesse estado no qual a pressão e volume estavam bem definidos mas como cheguei lá e por causa dessa reação que eu causei de repente tudo aconteceu super rápido e foi basicamente retirado do estado de equilíbrio não sei como cheguei lá a pressão e volume não estavam bem definidos ao passar desse estado para esse outro estado pressão e volume temperatura são bem definidos somente se cada etapa intermediária estiver em um estado de quase equilíbrio falamos muito sobre isso no próximo vídeo mas eu gostaria de destacar esse aspecto seria bom se pudéssemos desenhar um carrinho vamos supor fomos de uma pressão eo volume para outra pressão e outro volume ao longo de um caminho bem definido mas não podemos supor isso porque quando nós saímos de capa para lá nossas definições de pressão e volumes simplesmente desapareceram não podemos definir esses macro estados nesses estados intermediários de não equilíbrio como um parêntese poderíamos ter definido os micro estados os micro estados não mudam nunca em um dado momento poderia ter enumerado todas as partículas contidas aqui e poderia ter calculado de energia cinética poderia ter calculado sua posição poderia ter calculado seu impulso e não há nenhuma razão para não poder fazer isso portanto eu poderia ter feito um gráfico de uma partícula específica e poderia ter calculado sua energia cinética em um período de tempo a qualquer momento e isso é muito importante os micro estados estão sempre bem definidos o micro estado é o que está acontecendo com um átomo em termos de força velocidade impulso enquanto os macro estados estão apenas definidos eu diria bem definidos com o sistema nesse caso o balão e nesse caso é o que estão na parte superior desse lindo dessa parte superior móvel os macro estados são apenas bem definidos quando estiver em equilíbrio ou quando podemos dizer que a pressão é xis ea pressão é a mesma em toda parte ou quando o volume não sofre variações a cada momento ou quando a temperatura é a mesma em cada parte vou parar por aqui falaremos mais sobre o porquê de tudo isso no próximo vídeo