Trocas de calor e as Leis da Termodinâmica

Eu defendo a idéia de explicar desde sempre a troca de calor como calor Q1 sendo recebido e calor Q2 sendo cedido. Isso só vai simplificar. Veja:

Em um sistema fechado um corpo A cede calor a um corpo B de temperatura mais baixa, a troca de calor prossegue até que ambos atinjam o equilíbrio térmico.
Descrição correta, porém ficam algumas dúvidas: como é que A “sabia” que devia ceder calor a B ? como foi que eles ficaram “sabendo” que as temperaturas já haviam se igualado, e que deviam “parar” de trocar calor?
Uma descrição mais completa, portanto seria:

Em um sistema fechado, um corpo A irradia calor em função de sua temperatura, esse calor irradiado é refletido pelas paredes do recipiente, suposto perfeitamente adiabático, e parte dele incide novamente em A (e por isso não entra na “conta”) e parte dele incide em B, de forma que se dizer que A cede ou perde uma quantidade de calor Q(a), que é absorvida por B . O corpo B também irradia calor, parte do calor irradiado por B incide sobre ele mesmo, sendo reabsorvido (e por isso não entra na “conta”), e parte dele atinge A, dessa forma dizemos que B cede uma quantidade de calor Q(b) que é absorvido por A.
Dessa forma as trocas de calor entre A e B ocorrem da seguinte forma:
A cede uma quantidade de calor Q(a) e recebe Q(b); assim a quantidade de calor efetivamente trocada por A é Q = Q(b) – Q(a)
Assim se A ceder mais do que recebe, a quantidade de calor trocada é negativa e dizemos que A perdeu ou cedeu calor. Se A receber mais do que cede então dizemos que a quantidade de calor trocada é positiva e que A recebeu uma quantidade de calor Q.
O mesmo vale para o corpo B. Sendo para esse a troca efetiva de calor:
Q = Q(a) – Q(b)

Ou seja, em qualquer caso, a quantidade de calor trocada será:
Q = Q(recebido) – Q(cedido)

Assim podemos explicar como pode existir quantidade de calor negativa, sendo que a energia nunca é negativa. Acontece que as quantidades Q(a) e Q(b) são sempre quantidades positivas, a diferença entre elas é que pode ser positiva ou negativa, ou seja, a troca de calor pode ser negativa ou positiva.
Ou seja:
Se Q(recebido) > Q(cedido) então Q > 0 e dizemos que o corpo está recebendo calor ou absorvendo calor
Se Q(recebido) < Q(cedido) então Q <0 e dizemos que o corpo está perdendo ou cedendo calor Explicado assim também fica fácil de explicar que ninguém precisa avisar os corpos do sistema qual deles é mais quente e que deve ceder calor. As trocas ocorrem naturalmente, cada um emitindo calor conforme sua temperatura, e recebendo dos demais. Ninguém precisa avisar a hora de parar de trocar calor, porque a troca não pára, ela prossegue mesmo após o equilíbrio térmico. Ocorre apenas que nessa situação a quantidade de energia emitida ou cedida é igual à quantidade de energia recebido, assim: Q = Q(recebido) – Q(cedido) , sendo Q(recebido) = Q(cedido) , vem que: Q = 0

As Primeira e Segunda Leis da Termodinâmica ficam fáceis de explicar também:

Um sistema termodinâmico recebe uma quantidade de calor Q1 e cede uma quantidade de calor Q2. Nesse processo sofre uma variação da energia /\U interna e realiza ou recebe uma trabalho W.

De acordo com a Primeira Lei a energia deve ser conservar, portanto:

Q1 = Q2 + /\U + W
Ou seja:

Q1 – Q2 = /\U + W

Sendo que Q1 – Q2 é a quantidade de calor trocada entre o sistema e a vizinhança, portanto Q1 – Q2 = Q

Então: Q = /\U + W que leva na forma mais conhecida: /\U = Q – W

A Segunda Lei.

Uma máquina térmica trabalha em ciclos, e num ciclo completo o sistema retorna ao estado inicial, portanto /\U = 0, e dessa forma W = Q. Isso pode levar a uma conclusão absurda, a de que a máquina transforma todo calor recebido em trabalho.
Mas lembrando que Q = Q(recebido) – Q(cedido) vem que :

Q1 – Q2 = W e que Q1 = W – Q2

Ou seja, nem todo calor recebido (Q1) se converte em trabalho, pois sempre existe um calor cedido ou rejeitado (Q2)

E o rendimento: R = W/Q1 sempre < 1; e ninguém agora vai cometer a burrice de fazer R = W/Q = 1 já que W=Q.

Ficou claro?

Capa de trabalho...

Capa de um trabalho recebido de uma aluna. Do trabalho não lembro mais nada, mas a capa é nota dez. É claro que meu conhecimento de arte é algo perto de zero... seja como for, eu gostei do desenho.

A terceira lei de Newton... quem sabe ensina, quem não sabe complica!

A terceira lei de Newton, tão conhecida e tão pouco compreendida.
Há quem pense assim:
- Eu chuto a bola - é a ação. A bola "voa" longe - é a reação! ou então:
- Eu jogo o copo (de vidro) na parede - é a ação; o copo quebra - é a reação.
Os dois estão errados. Isso não é a 3ª lei de Newton, isso aí é lei de causa e efeito.
A lei da causa e efeito é a que diz que todo efeito tem uma causa, e que todo efeito vai ser a causa de outro efeito.

Alguns, até mesmo professores, dizem que de acordo com a 3ª lei de Newton, toda ação provoca uma reação contrária de mesma intensidade. O que também está errado. Errado porque vai levar a conclusões absurdas. Uma conclusão absurda: "eu amo a Fulana profundamente, essa é a ação, então Fulana vai me amar profundamente, é a reação!" ou o sujeito pode se confundir ainda mais e concluir que a "fulana" vai odiá-lo profundamente, imaginando "odiar" como ação contrária a "amar".
Definitivamente a formulação da lei da ação e da reação conforme acima só vai complicar. A formulação correta é que, em toda interação de dois corpos, surge um par de forças, cada força em um dos corpos, e são forças de mesma intensidade, mesma direção e sentidos opostos. Ou seja, que para toda FORÇA de ação corresponde uma FORÇA de reação de mesma intensidade, mesma direção e sentido oposto.
E dizer que para toda força de ação corresponde uma força de ação não é a mesma coisa que dizer que para toda ação corresponde uma reação. E o pior é que eu mesmo em meus primeiros tempos ensinava dessa forma equivocada.

Outro erro comum é dizer que a força normal é reação da força peso. É curioso que alguns professores/autores até explicam direitinho... mas na hora de representar as figuras surgem os erros. Em uma apostila de 1º ano do Ensino Médio, está lá explicando o peso aparente em um elevador. Tudo muito bem, tudo muito certo, até aparecer a figura: o sujeito de pé sobre o piso do elevador, o vetor força peso aplicado no sujeito e apontado para baixo, e a força normal ... aplicada no piso do elevador e apontando para cima (???)... só não fiquei mais indignado porque essa figura aparece no "livro do professor" e não do aluno, mas eu imagino muito professor aí olhando a tal figura e reproduzindo igualmente no quadro ... pobres alunos.

Para quem não entendeu eu explico: supondo superfície de apoio plana e horizontal, a força normal, na verdade é um par de forças, uma aplicada no piso mesmo, mas apontando para baixo (força de compressão") e outra aplicada no sujeito mas apontada para cima ("força normal").
Assim ao representar as forças agindo sobre a pessoa no elevador o correto é representar sobre ele mesmo (a sujeito) duas forças, uma para baixo (o peso) e uma para cima (a normal).

Faça o que eu digo, não o que eu não faço (?)

Li a algum tempo uma história:
Ocorreu no Oriente Médio em algum lugar e tempo imaginários... Uma mãe desesperada com a quantidade de açucar que seu filho comia foi ao juiz (Cadi) reclamar. Por favor, mande meu filho reduzir a porção diária de açucar, eu não ganho o suficiente para sustentar a gula dele. Ou algo assim... O cadi pensou um pouco, olhou para a mãe e para a criança e pediu uma semana de prazo para refletir sobre o assunto.
A mãe não gostou de esperar tanto tempo, mas não teve outra alternativa.
Uma semana depois a mulher volta com seu filho ao juiz, e ele então setencia:
Menino a partir de hoje você está obrigado a reduzir pela metade a sua ração diária de açucar!
A mãe ficou satisfeita, mas não resistiu a pergunta: Porque você precisou de uma semana para decidir? E ele disse: Eu precisava saber se eu mesmo era capaz reduzir o meu consumo de açucar, antes de obrigar alguém a fazê-lo.

Eu aprendi a lição. Como professor jamais solitei um trabalho ou pesquisa sem antes eu mesmo pesquisar o assunto, sem antes verificar as fontes de pesquisa, inicialmente em livros e revistas e depois também na Internet. Nunca pedi um trabalho que eu mesmo não fosse capaz de fazer. Nunca apliquei uma prova que eu mesmo não fosse capaz de resolver em 50 minutos (na verdade em menos do que isso, pois os estudantes costumam levar mais tempo).

Mas tem muito "professor" por aí que solicita trabalhos impensáveis, descabidos, desconexos...
Pede coisas sem antes ter ele mesmo verificado onde o assunto pode ser encontrado ou pesquisado. Assim, não orienta os alunos (nem poderia), que então ficam perdidos, tentando adivinhar o que é que o professor quer, outros achando um jeito de "encher lingüiça" com o pouco que acharam a respeito, ou que pensam ter achado.

E os tais "projetos interdisciplinares" então? Tem "pedagoga" (nem é preconceito, nem vem!) que acha que quanto mais misturar assuntos melhor, mesmo que não exista ligação alguma. Ficam forçando a barra. Faz sentido: se vivemos em um rede de interações então tudo está de uma forma ou outra relacionado... seria um bom argumento, não fosse o caso da enorme complexidade da questão.

Já vi "projetos interdisciplinares" de enlouquecer qualquer um de mente sadia. Um sobre aborto por exemplo, onde os pobres alunos tinham que relacionar esse tema à Física !!! Uma coisa que me parece sádica mesmo, imagine: calcule o torque aplicado à cabeça do feto no momento que o forcéps puxa o inocente para fora, ou qual a máxima tração que permite o retirar o feto sem lhe arrancar a cabeça. O pior de tudo é que não se tratava de discutir o assunto, pois numa discussão muita coisa pode aparecer, mas não, era para "fazer um trabalho relacionando à Física ao aborto". Sinceramente isso não tem cabimento, que me perdoem os que criaram o tal projeto ou com que concordaram com ele.

Se vai pedir um trabalho escolha um tema pertinente, seja racional e pesquise primeiro. Indique as fontes. Especifique os itens. Crie situações problema (insisto: seja razoável!) que possam ser resolvidos a partir dos conhecimentos adquiridos com a pesquisa.

... e tenho dito!
Salan

Por que "quase tudo que existe teve um começo" ?

Eu digo "quase tudo" pois algumas coisas que existem talvez não tenham tido um começo, coisas que talvez sempre tenham existido de uma forma ou de outra... O Universo por exemplo, será que teve mesmo "um" início? será o BigBang realmente o Início de tudo ou foi apenas parte de um processo sem começo nem fim, um entre muitos bigbang's, que teria criado este universo, um só a mais dentre tantos outros... ?
Também há a questão: "início", "meio" e "fim" configura uma evolução temporal, portanto pressupõe a existência do tempo. Se afirmarmos que o Bigbang foi o início do Universo, então estamos supondo que o tempo já existia, então há, afinal de contas, algo que sempre existiu - o tempo.
Por outro lado, o tempo talvez tenha surgido junto com o Bigbang... ou talvez o tempo nem exista...

O início

Que tudo que existe teve um início é quase verdade. Mas certas coisas deveriam começar pela segunda vez e não pela primeira.
A primeira aula de cada turma por exemplo (é isso, sou professor sim!)... não devia existir, a gente devia começar sempre pela segunda aula, depois voltava para a primeira e fazia as apresentações.
Mas enfim... Este é o primeiro post...