Dona Fifi aos 19 anos.



A Primeira Lei da Termodinâmica


O significado técnico do termo energia não difere muito do que usamos na vida diária. Para nosso propósito nesse relato, basta não confundir energia com força e saber que a energia se conserva. Algumas formas mais comuns da energia são: a energia cinética, ou energia de movimento; a energia elétrica, que move nossos eletrodomésticos e cujo preço pagamos todo mês; a energia química, presente em uma bateria de carro e em nossos corpos; a energia nuclear, que reside no interior dos átomos e se manifesta nos reatores e nas bombas. Todas essas formas podem ser tratadas como equivalentes, com a mesma unidade de medida, e podem se transformar umas nas outras, quando as condições são favoráveis.
A energia tem várias unidades, usadas conforme a conveniência. Por exemplo, a energia calorífica é medida em calorias, a energia de movimento é medida em joules e a energia elétrica que consumimos é medida em quilowatts-hora. Mas, como toda forma de energia termina sendo uma manifestação diferente da mesma coisa, é sempre possível passar de uma unidade para outra por uma relação simples. Por exemplo, 1 caloria é igual a 4,18 joules, e podemos falar, por exemplo, de quantos joules tem um dado alimento.
O resultado mais importante acerca da energia é que ela se conserva. A energia elétrica que entra em sua casa é registrada no medidor em quilowatts-hora (kw-h). Essa energia é toda transformada em outros tipos de energia mas, no cômputo geral, a quantidade que entra é usada ou desperdiçada, mas não desaparece. Os joules, ou kw-h, que você paga no fim do mês são transformados em energia luminosa (nas lâmpadas), em energia cinética (no liquidificador), em calor etc, mas as quantidades de energia fornecida e transformada são iguais.

Conta de luz típica. Veja o preço do quilowatt-hora em 1999.
Ao fazer medidas de energia, os físicos consideram uma determinada região e observam todas as variações de energia nessa região. Por exemplo, essa dita região pode ser sua casa. Vamos usar o termo técnico e dizer que sua casa é o sistema. Tudo que está fora de sua casa são os arredores. O conjunto de sua casa e o que está fora (sistema+arredores), será chamado, tecnicamente, de universo, com u minúsculo, para distinguir do outro (maiorzinho) que tem o mesmo nome. Pois bem, toda energia trocada entre o sistema e seus arredores deve se conservar. Isto é, qualquer quantidade de energia que passa de uma parte para a outra, deve ser usada, transformada ou devolvida, sem ganhos nem perdas.

Essa é a essência da chamada Primeira Lei da Termodinâmica. Ela pode ser formulada, de forma simples, nos seguintes termos:

"Em todo processo natural, a energia do universo se conserva."

Usei o termo "universo", com u minúsculo, pois o exemplo envolvia apenas sua casa e seus arredores. Mas, nada impede de usar o termo Universo e generalizar a Lei de forma mais ampla. No caso do Universo cosmológico, fica difícil saber o que seriam os arredores, pois qualquer coisa que exista sempre faz parte do Universo. Nesse caso, o sistema é fechado, não tem arredores para trocar energia. Mas, assim mesmo, a energia se conserva. Isto é, podemos supor que a energia total existente no Universo se conserva, nunca aumentando nem diminuindo.

É impossível construir uma máquina que gere energia do nada. Uma máquina que fizesse tal coisa seria um "moto perpétuo da primeira espécie", e não existe porque contradiz a Primeira Lei da Termodinâmica. Quando você ouvir falar de motores que funcionam sem combustível, tirando energia do nada, pode ficar seguro que é fraude.


Apostila 2: A Segunda Lei da Termodinâmica.

Apostila 3: Apresentando a entropia.

Apostila 4: A entropia no jogo de bridge.

Apostila 5: Entropia, probabilidade e desordem.

Apostila 6: As atribulações de Ludwig Boltzmann.

Apostila 7: Entropia de um buraco negro.