Propagação das ondas

Propagação das ondas 

Período, frequência e comprimento de onda

Período

Característica essencial que caracteriza uma onda. Geralmente define-se pelo tempo que um ciclo demora a ser percorrido e a sua unidade SI é o segundo (s).

Outras características estão associadas ao período.

Frequência

É dada pela expressão

Esta grandeza corresponde ao número de vezes que um ciclo é percorrido por unidade de tempo e em unidades SI vem em s^-1 ou Hz (em homenagem ao Físico Heirich Hertz).

Também associado à frequência e ao período há uma grandeza relacionada com a distância.

Comprimento de Onda

É a distância que um ciclo tem no espaço.

Amplitude

Distância entre o ponto de equilíbrio da onda e o ponto de desvio máximo relativamente a ele.

De um modo geral, as características de uma onda podem ser observadas no seguinte esquema:

Figura 1 – Período, comprimento de onda e amplitude.

leis da termodinamica

As principais definições de grandezas termodinâmicas constam de suas leis: a lei zero é a que define a temperatura; a primeira lei da termodinâmica (calor, trabalho mecânico e energia interna) é a do princípio daconservação da energia; a segunda lei define entropia e fornece regras para conversão de energia térmica em trabalho mecânico e a terceira lei aponta limitações para a obtenção do zero absoluto de temperatura.

Lei zero da termodinâmica

Embora a noção de quente e frio pelo contato com a pele seja de uso corrente, ela pode levar a avaliações erradas de temperatura. De qualquer forma, é da observação cotidiana dos corpos quentes e frios que se chega ao conceito de temperatura. Levando em conta essas observações, assim postulou-se a lei zero: se A e B são dois corpos em equilíbrio térmico com um terceiro corpo C, então A e B estão em equilíbrio térmico um com o outro, ou seja, a temperatura desses sistemas é a mesma.

Primeira lei da termodinâmica

A lei de conservação de energia aplicada aos processos térmicos é conhecida como primeira lei da termodinâmica. Ela dá a equivalência entre calor e trabalho e pode enunciar-se da seguinte maneira: "em todo sistema quimicamente isolado em que há troca de trabalho e calor com o meio externo e em que, durante essa transformação, realiza-se um ciclo (o estado inicial do sistema é igual a seu estado final), as quantidades de calor (Q) e trabalho (W) trocadas são iguais. Assim, chega-se à expressão W = JQ, em que J é uma constante que corresponde ao ajuste entre as unidades de calor (usada na medida de Q) e Joule (usada na medida de W). Essa constante é empregada na própria definição de caloria (1 cal = 4,1868J).

A primeira lei da termodinâmica pode ser enunciada também a partir do conceito de energia interna, entendida como a energia associada aos átomos e moléculas em seus movimentos e interações internas ao sistema. Essa energia não envolve outras energias cinéticas e potenciais, que o sistema como um todo apresenta em suas relações com o exterior.

A variação da energia interna DU é medida pela diferença entre a quantidade de calor (Q), trocado pelo sistema com seu exterior, e o trabalho realizado (W) e é dada pela expressão DU = K - W  , que corresponde ao enunciado da lei da termodinâmica. É comum no estudo das transformações o uso da função termodinâmica da entalpia (H), definida pela relação H = U + pV, em que U é a energia interna, p é a pressão e V é o volume do sistema. Num processo em que só existe trabalho de expansão (como, por exemplo, na fusão sob pressão e temperatura constante), a entalpia é a medida do calor trocado entre o sistema e seu exterior.

A relação entre a variação DQ e o aumento correspondente de temperatura Dt , no limite, quando Dt tende a zero, é chamada capacidade calorífica do sistema:

C = DQ/Dt

O calor específico é igual à capacidade calorífica dividida pela massa do sistema:

C = 1 D Q /  m D t

Tanto o calor específico quanto a capacidade calorífica do sistema dependem das condições pelas quais foi absorvido ou retirado calor do sistema.

Segunda lei da termodinâmica

A tendência do calor a passar de um corpo mais quente para um mais frio, e nunca no sentido oposto, a menos que exteriormente comandado, é enunciada pela segunda lei da termodinâmica. Essa lei nega a existência do fenômeno espontâneo de transformação de energia térmica em energia cinética, que permitiria converter a energia do meio aquecido para a execução de um movimento (por exemplo, mover um barco com a energia resultante da conversão da água em gelo).

De acordo com essa lei da termodinâmica, num sistema fechado, a entropia nunca diminui. Isso significa que, se o sistema está inicialmente num estado de baixa entropia (organizado), tenderá espontaneamente a um estado de entropia máxima (desordem). Por exemplo, se dois blocos de metal a diferentes temperaturas são postos em contato térmico, a desigual distribuição de temperatura rapidamente dá lugar a um estado de temperatura uniforme à medida que a energia flui do bloco mais quente para o mais frio. Ao atingir esse estado, o sistema está em equilíbrio.

A entropia, que pode ser entendida como decorrente da desordem interna do sistema, é definida por meio de processos estatísticos relacionados com a probabilidade de as partículas terem determinadas características ao constituírem um sistema num dado estado. Assim, por exemplo, as moléculas e átomos que compõem 1kg de gelo, a 0o C e 1atm, apresentam características individuais distintas, mas do ponto de vista estatístico apresentam, no conjunto, características que definem a possibilidade da existência da pedra de gelo nesse estado.

A variação da função entropia pode ser determinada pela relação entre a quantidade de calor trocada e a temperatura absoluta do sistema. Assim, por exemplo, a fusão de 1kg de gelo, nas condições de 273K e 1atm, utiliza 80.000cal, o que representa um aumento de entropia do sistema, devido à fusão, em 293J/K.

A aplicação do segundo princípio a sistemas de extensões universais esbarra em dificuldades conceituais relativas à condição de seu isolamento. Entretanto, pode-se cogitar de regiões do universo tão grandes quanto se queira, isoladas das restantes. Para elas (e para as regiões complementares) valeria a lei do crescimento da entropia. Pode-se então perguntar por que motivo o universo não atingiu ainda a situação de máxima entropia, ou se atingirá essa condição um dia.

A situação de máxima entropia corresponde à chamada morte térmica do universo: toda a matéria estaria distribuída na vastidão espacial, ocupando uniformemente os estados possíveis da energia. A temperatura seria constante em toda parte e nenhuma forma de organização, das mais elementares às superiores, seria possível.

Terceira lei da termodinâmica

O conceito de temperatura entra na termodinâmica como uma quantidade matemática precisa que relaciona calor e entropia. A interação entre essas três quantidades é descrita pela terceira lei da termodinâmica, segundo a qual é impossível reduzir qualquer sistema à temperatura do zero absoluto mediante um número finito de operações. De acordo com esse princípio, também conhecido como teorema de Nernst, a entropia de todos os corpos tende a zero quando a temperatura tende ao zero absoluto.

Através de seus estudos sobre o calor, James Prescott Joule direcionou para a teoria da conservação da energia (a Primeira Lei da Termodinâmica). Para desenvolver a escala absoluta de temperatura, ele encontrou relações entre o fluxo de corrente através de uma resistência elétrica e o calor dissipado, agora chamada Lei de Joule.As idéias de Joule sobre energia não foram primordialmente aceitas, em partes por que elas dependiam de medições extremamente precisas, o que não era tão comum em física. No seu experimento mais bem conhecido (que envolvia a queda de um corpo que fazia girar uma haste com pás dentro de um recipiente com água, cuja temperatura ele mediu), era necessária a precisão de 1/200 graus Fahrenheit, o que seus contemporâneos não achavam possível. Os trabalhos de Joule complementam o trabalho teórico de Rudolf Clausius, que é considerado por alguns como co-inventor do conceito de energia.Resistências vieram, pois o trabalho de Joule contrariava o que todos da época acreditavam, que o calor era um fluido, o "calórico", e esse fluido não podia ser destruído nem mesmo criado. Joule, no entanto, dizia que o calor era apenas uma das formas de energia, e somente a soma de todas as formas é que permanecia conservada. Hoje em dia pode ser difícil entender tal atração na teoria do calórico, na época, essa teoria aparentava ter algumas vantagens óbvias. Joule estava propondo uma teoria cinética do calor, que viria a requer um conceito a mais: se o calor é devido a agitação das moléculas, por que então essa agitação não perdia sua intensidade gradualmente? As idéias de Joule necessitavam que se acreditasse que as colisões entre as moléculas seriam perfeitamente elásticas, mas devemos lembrar que os conceitos de átomos e moléculas ainda não eram completamente aceitos. A teoria de máquinas de calor de Carnot funcionava perfeitamente e era baseada no fato da existência do calórico, e somente depois foi provado por Lorde Kelvin que a matemática de Carnot seria igualmente válida sem se assumir a existência do calórico.
A descoberta da conservação da energia foi uma das chaves para a nova ciência datermodinâmica. Joule e seus contemporâneos não entendiam inicialmente que os processos termodinâmicos deveriam ser irreversíveis. Eles viam a energia no universo como sendo um processo que poderia ser repetido indefinidamente através da reciclagem da mesma energia. Essa idéia, no entanto, só veio a cair com a descoberta daSegunda Lei da Termodinâmica, que diz que a energia percorre um único sentido, e a descoberta da entropia.