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Os experimentos de Joule e a primeira lei da termodinâmica

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3603-6 Passosbanho anota<strong>da</strong> e mergulhado em um outro vaso comágua <strong>de</strong>stila<strong>da</strong> à temperatura uniforme. Cinco minutosapós, era anota<strong>da</strong> a temperatura e realizado o balanço<strong>de</strong> energia, <strong>de</strong>terminando-se o calor específico do latão.A fim <strong>de</strong> calcular a incerteza experimental dos resultados,também <strong>de</strong>terminou o calor específico do cobre.<strong>Joule</strong> analisou, ain<strong>da</strong>, a influência <strong>da</strong> temperaturado ar exterior sobre as medições <strong>de</strong> temperaturano calorímetro. <strong>Os</strong> valores do equivalente mecânicoobtidos por <strong>Joule</strong> foram: 424,77 kgf.m/kcal, utilizandoágua, 435,36 kgf.m/kcal, mediante o resfriamento do arpor rarefação e 451,66 kgf.m/kcal, utilizando um experimentoeletro-magnético [26]. Em publicações posteriores,forneceu os valores <strong>de</strong> 424 kgf.m/kcal, em1850, com um experimento <strong>de</strong> atrito em fluidos, e429,4 kgf.m/kcal, em 1867, com um experimento <strong>de</strong>dissipação do calor em uma resistência elétrica percorri<strong>da</strong>por corrente elétrica [25]. <strong>Os</strong> últimos valoresdo equivalente mecânico fornecidos por <strong>Joule</strong> [25]foram bem próximos <strong>de</strong> 424 kgf.m/kcal (= 772,55lbf.pé/BTU). O valor aceito, hoje, é 427 kgf.m/kcal (=778,16 lbf.pé/BTU). Como se po<strong>de</strong> observar, além <strong>da</strong>experiência clássica, Fig. (1), <strong>Joule</strong> também utilizououtras formas <strong>de</strong> energia, além <strong>da</strong> mecânica, como ocalor dissipado por uma resistência elétrica, em umaexperiência realiza<strong>da</strong> em 1867.4. ConclusõesA formulação geral do princípio <strong>de</strong> conservação <strong>da</strong> energiaexigiu um longo processo <strong>de</strong> amadurecimento atéter sido <strong>de</strong>monstrado, <strong>de</strong> forma experimental, não apenasque a energia se conserva mas que os diversos tipos<strong>de</strong> energia são equivalentes. Vários pesquisadores estiveramtrabalhando, <strong>de</strong> forma mais ou menos in<strong>de</strong>pen<strong>de</strong>nte,sobre o problema do equivalente mecânicodo calor. Destaque-se a mente ilumina<strong>da</strong> <strong>de</strong> Mayer queconseguiu, a partir dos fenômenos relacionados à fisiologia<strong>da</strong> respiração e <strong>da</strong> análise do corpo humano, vistocomo uma máquina, generalizar o princípio <strong>de</strong> conservação<strong>da</strong> energia para diferentes fenômenos. Mayer,porém, obteve menor reconhecimento do que <strong>Joule</strong>, emboratenha enunciado o princípio <strong>da</strong> equivalência entretrabalho e calor, em maio <strong>de</strong> 1842, um ano e meio antes<strong>da</strong> publicação <strong>de</strong> <strong>Joule</strong>. Este último, apesar <strong>de</strong> ter publicadoos resultados <strong>da</strong> sua análise sobre o princípio<strong>da</strong> equivalência, somente em agosto 1843, realizou ummeticuloso e criativo trabalho experimental que levou acomuni<strong>da</strong><strong>de</strong> científica a imortalizá-lo ao associar o seunome à uni<strong>da</strong><strong>de</strong> <strong>de</strong> energia, no sistema internacional<strong>de</strong> uni<strong>da</strong><strong>de</strong>s. Sem dúvi<strong>da</strong>, o apoio <strong>de</strong> William Thomson,o lor<strong>de</strong> Kelvin, a suas idéias também contribuírampara a sua glória. A presente pesquisa também mostraque Poincaré [7], em seu livro sobre <strong>termodinâmica</strong>, <strong>de</strong>1892, chama o primeiro princípio <strong>da</strong> <strong>termodinâmica</strong> <strong>de</strong>princípio <strong>de</strong> Mayer, conforme mostrado no Anexo.Agra<strong>de</strong>cimentosO autor agra<strong>de</strong>ce o apoio do CNPq e o incentivo quetem recebido <strong>de</strong> colegas e estu<strong>da</strong>ntes através dos comentáriosrecebidos, e ao revisor <strong>de</strong>ste trabalho pelosquestionamentos e sugestões apresentados.Apêndice - Formulações distintas para oprimeiro princípio <strong>da</strong> <strong>termodinâmica</strong>Figura 2 - Aparato auxiliar para a <strong>de</strong>terminação dos caloresespecíficos do latão e do cobre [26].Eis como <strong>Joule</strong> conclui um <strong>de</strong> seus trabalhos, conformecitado por Prigogine e Kon<strong>de</strong>pudi [21, p. 34],“De fato, os fenômenos naturais, sejam eles mecânicos,químicos ou <strong>da</strong> vi<strong>da</strong>, consistem quase unicamente emconversão entre a atração através do espaço (energiapotencial), a força viva (energia cinética) e o calor.É assim que a or<strong>de</strong>m é manti<strong>da</strong> no universo - na<strong>da</strong>é perturbado, na<strong>da</strong> é nunca mais perdido, mas to<strong>da</strong>máquina, por mais complica<strong>da</strong> que seja, trabalha <strong>de</strong>forma continua<strong>da</strong> e harmoniosa” e conclui <strong>da</strong> seguinteforma “no entanto tudo é preservado com a mais perfeita<strong>da</strong>s regulari<strong>da</strong><strong>de</strong>s – o todo sendo governado pelasoberana vonta<strong>de</strong> <strong>de</strong> Deus”.A seguir, são apresenta<strong>da</strong>s diferentes formulações parao primeiro princípio <strong>da</strong> <strong>termodinâmica</strong>. Embora to<strong>da</strong>sessas formulações sejam equivalentes, representamdiferentes caminhos para tentar explicar o que HenriPoincaré (1854-1912) chamou <strong>de</strong> espécie <strong>de</strong> tautologiado primeiro princípio [16], conforme ressaltado na seção2 do presente artigo.A.1 Formulação <strong>de</strong> PoincaréSonntag et al. [30], por exemplo, apresentam o princípio<strong>da</strong> conservação <strong>da</strong> energia partindo <strong>da</strong> formulaçãodo princípio <strong>da</strong> equivalência tal como apresentado porPoincaré [7]. Bejan [4] nomeia este enfoque <strong>de</strong> esquema<strong>de</strong> Poincaré que por sua vez chama o primeiro princípio<strong>da</strong> <strong>termodinâmica</strong> <strong>de</strong> princípio <strong>de</strong> Mayer [7]. De acordocom esta formulação, em um sistema fechado submetido

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