3 situações totalmente inusitadas que só podem ser explicadas pela Termodinâmica

Saiba mais sobre a Termodinâmica com 3 situações inusitadas e aprenda da melhor forma possível para o Enem e vestibulares: se divertindo!

Um dos principais ramos da Física e da Engenharia é a Termodinâmica, o estudo das leis que regem a relação entre calor, trabalho e outros processos associados ao transporte de energia. Os engenheiros de automóveis se preocupam com o superaquecimento dos motores, especialmente no caso dos carros de corrida. Os engenheiros de alimentos estudam o aquecimento dos alimentos, como pizzas em fornos de micro-ondas, e o seu resfriamento, como nos alimentos congelados. Os meteorologistas analisam a transferência de energia térmica nos eventos associados ao fenômeno El Niño e ao aquecimento global. Os engenheiros agrônomos investigam a influência das condições climáticas sobre a agricultura. Os engenheiros biomédicos estão interessados em saber se a medida da temperatura de um paciente permite distinguir uma infecção viral benigna de um tumor canceroso.

Até que essa tal de Termodinâmica é interessante, hein…
Até que essa tal de Termodinâmica é interessante, hein…

1. O desodorante que alivia

A temperatura no verão do Rio de Janeiro tem sido bem alta e um banho refrescante ajuda a aliviar essa sensação de estar dentro de um forno.

Como pessoas normais se sentem
Como pessoas normais se sentem

Mas assim que você sai do banho, já sente aquele bafo de forno de novo. Você corre para colocar o desodorante antes que comece a suar de novo e sente aquele alívio nas axilas (ou sovaco, para os íntimos). Você já pensou no porquê do desodorante spray ser frio? Esse fenômeno pode ser explicado utilizando a Primeira Lei da Termodinâmica!

Quando um gás está pressurizado dentro de um recipiente e se expande rapidamente, pode-se considerar que não houve troca de calor com o meio externo (pelo simples fato de não ter dado tempo mesmo). A 1ª Lei da Termodinâmica diz que ΔU=Q-W, ou seja, a variação na energia interna é igual ao calor recebido menos o trabalho realizado pelo gás.

Como não teve troca de calor, a transformação é adiabática e ΔU=-W. Como o gás se expande, W>0 e a variação na energia interna acaba sendo negativa. Mas, como você sabe, a energia interna é diretamente ligada à temperatura. E se a energia interna diminui, a temperatura também diminui!

Dando uma refrescada pós banho
Dando uma refrescada pós banho

2. Como um besouro é capaz de detectar um incêndio na floresta sem usar visão e olfato?

Antes de mais nada, calor é definido como qualquer fluxo espontâneo de energia de um objeto a outro motivado pela diferença de temperatura entre os objetos. Há três mecanismos de transferência de calor: condução é a transferência de calor por contato molecular; convecção é o movimento global de um gás  ou líquido, geralmente motivado pela tendência que materiais quentes têm de se expandir e subir sob um campo gravitacional e radiação é a emissão de ondas eletromagnéticas, a maioria na faixa do infravermelho para objetos à temperatura ambiente, mas incluindo luz visível para objetos mais quentes como o filamento de um lâmpada incandescente ou a superfície do Sol.

Os pequenos besouros Melanophila apresentam um comportamento curioso ligado à radiação. Eles voam em direção aos incêndios florestais e se acasalam perto das chamas. Em seguida, as fêmeas se aproximam das árvores ainda fumegantes para pôr ovos sob a casca carbonizada. Este é o ambiente ideal para as larvas que saem dos ovos, pois a árvore não pode mais se proteger das larvas através de resinas ou outros meios químicos. Naturalmente, se um besouro está perto do incêndio pode detectá-lo com facilidade. Entretanto, são capazes de detectar um incêndio razoavelmente grande a mais de 12 km de distância, o que praticamente elimina o uso da visão e do olfato.

Dois pares de órgãos situados nos lados do corpo do besouro são capazes de detectar radiação térmica de baixíssima intensidade. Cada órgão contém cerca de 70 sensores em forma de botão que se dilatam ligeiramente quando absorvem radiação térmica. Ao se dilatarem, esses sensores comprimem células nervosas. Assim, o detector é um mecanismo que transfere energia da radiação térmica para a energia de um dispositivo mecânico. Para localizar o incêndio o besouro gira o corpo até que os quatro órgãos detectores de radiação sejam afetadas; em seguida, voa na direção em que a resposta dos órgãos aumenta.

Besouros acasalando nesse incêndio seriam menos dolorosos…
Besouros acasalando nesse incêndio seriam menos dolorosos…

3. Bolhas num lago. Quem se expande mais: a adiabática ou a isotérmica?

Lembre o seguinte: trabalho, em Termodinâmica, é qualquer transferência de energia que não seja espontânea (calor). Geralmente, podemos identificar algum “agente” (possivelmente inanimado) que está “ativamente” fornecendo energia a um sistema; caso contrário não ocorreria automaticamente.

Assim, podemos variar a energia interna de um sistema com o aporte de calor e fornecendo energia sob forma de trabalho, e a 1ª Lei da Termodinâmica se escreve:

Agora imagine a seguinte situação: duas bolhas de gás idênticas se formam no fundo de um lago e, então, sobem à superfície. Como a pressão é bem menor na superfície do que no fundo, ambas bolhas se expandem à medida que vão subindo. No entanto, a bolha A sobe muito depressa, de modo que não dá tempo para haver troca de calor com a água (transformação adiabática). Assim o agente que realiza trabalho é a força de empuxo e a energia interna da bolha aumenta, gerando, consequentemente, um aumento em sua temperatura, fazendo com se expanda ainda mais. Enquanto isso, a bolha B sobe lentamente (impedida por algas), de modo a permanecer em equilíbrio térmico com a água (transformação isotérmica). Desse jeito, a variação de energia interna é zero e todo a energia fornecida sob forma de trabalho pelo empuxo “vaza” sob forma de calor de maneira a sempre manter sua temperatura praticamente igual à da água, não gerando assim um aumento significativo de tamanho. Portanto, o volume final da bolha B é menor do que o da bolha A.

Sobre Termodinâmica há muito o que falar e vou deixar alguns assuntos para um futuro próximo. Até lá, deixe seu comentário aqui embaixo e continue no Descomplica 🙂

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