_Hinrichs_Kleinback

Cap. 4 Calor e Trabalho 81
Os conceitos fundamentais abordados neste capítulo são alguns dos mais importantes
deste livro. Nas seções seguintes iremos estudar a área da ciência e da engenharia que lida
um trabalho e calor, chamada de "termodinâmica". Iremos detalhar as leis de energia in-
- Capítulos 2 e 3, estudaremos os métodos pelos quais o calor é transferido, e
detalhar os passos que podem ser seguidos para reduzir o consumo de energia nas áreas
de aquecimento e refrigeração do espaço.
B. Calor e Trabalho e a Primeira Lei da Termodinâmica
No capítulo 2 foram introduzidas as diferentes formas de energia. Podemos agrupar
muitas delas no que chamamos de "energia total E" de um corpo, que é a soma da energia
cinética (EC), energia potencial (EP), energia térmica (ET), energia química e energia elétrica
do corpo.
Lembre-se de que calor e trabalho são as duas únicas maneiras pelas quais a energia
pode ser adicionada a ou retirada de um corpo para mudar sua energia total, se nenhuma
massa for adicionada. O Capítulo 2 lidou principalmente com o trabalho realizado sobre
um corpo para mudar sua energia. As mesmas mudanças podem ser efetuadas pela transferência
de energia térmica. Porém, nem sempre foi este o pensamento sobre o caso.
Uma das descobertas importantes do século XVIII foi que o calor é somente a transferencia
de energia entre dois corpos devido a uma diferença de temperatura. Anteriormente,
imaginava-se erroneamente que o calor seria um fluido, chamado de "calórico",
que escoaria de um corpo quente para um corpo frio, causando aumento tanto na sua
temperatura como na sua massa. Um dos experimentos ilustres do século XIX foi a determinação
da equivalência entre trabalho mecânico e calor. O físico inglês James Joule, usando
um dispositivo como o mostrado na Figura 4.2, mediu o aumento de temperatura de um
banho de água quando uma roda de pás era movimentada dentro dele. Ele observou que o
mesmo efeito ocorria ou com a realização de trabalho ou pela adição de calor.
As unidades de calor poderiam ser expressas em joules ou pés-libra porque o calor é
uma forma de energia. Porém, historicamente, a separação entre calor e outras formas de
energia levou ao estabelecimento de unidades diferentes. A unidade de calor originalmente
era a caloria, que é a quantidade de calor que deve ser adicionada à água para aumentar
sua temperatura em 1°C. Para aquecer 250 g (aproximadamente uma xícara) de
água de 20°C até 100°C são necessárias 250 g x 80°C = 20.000 calorias de energia (caso não
haja perda de energia para a vizinhança). No sistema inglês, a unidade de energia térmica
é o Btu, que é a quantidade de calor que deve ser adicionada a uma libra de água para aumentar
sua temperatura de 1°F.
O calor não está contido em um corpo, mas é uma manifestação da interação deste corpo
com a sua vizinhança. O calor é um "acontecimento". Ele é imaterial, mas mesmo assim é
bem real no que diz respeito ao que pode realizar. A adição de calor geralmente resultará
no aumento da temperatura de um corpo. A energia térmica do corpo aumenta. De modo
oposto, em um motor a calor, o calor é convertido em parte em energia mecânica. Turbinas
a vapor e motores de automóveis são motores a calor.
A interconversão entre trabalho, calor e energia total E pode ser resumida na primeira
lei da termodinâmica (conforme visto no Capítulo 2):