Exemplo - A variação da Energia Interna através do calor.

Observe uma porção de água em repouso. A primeira vista parece não haver qualquer atividade. No entanto, existe um intenso movimento, uma agitação permanente das moléculas de água. 

À energia deste movimento chamamos de Energia Interna desta porção de água.

Para recordar o conceito de Energia Interna veja aqui.

A pergunta que nos fazemos é: Como podemos variar a Energia Interna de um corpo.

A parte da Física que trata deste assunto chama-se Termodinâmica. E nela a Primeira Lei da Termodinâmica trata dos meios para se produzir variações na Energia Interna de um corpo material.

Estas variações da Energia Interna de um corpo ocorrem devido a transferência de energia entre o corpo e o  meio ambiente. Ela se dá  por dois processos distintos:  A transferência de energia na forma de calor e a realização de trabalho. Reveja o conceito de trabalho clicando aqui e o de calor aqui.

A variação da Energia Interna de um corpo pelo calor ocorre quando existe uma diferença de temperatura entre o corpo e o meio ambiente. E continua a ocorrer enquanto houver diferença entre as temperaturas, isto é, até se alcançar o equilíbrio térmico.

Vamos usar uma animação do site Molecularium para obter uma simulação do processo. Clique aqui e abra a animação.

 Repare que na animação o tamanho da representação das moléculas de água está totalmente fora de escala. Elas são muito menores. Do mesmo modo, o número das moléculas representadas é muito maior para qualquer porção de água, por menor que ela seja.

Rode o botão para simular o aquecimento. Quando a placa de aquecimento atinge uma temperatura maior que a da água, seus átomos estão mais agitados que as moléculas de água.

Assim, as moléculas de água ao se chocarem com a placa recebem energia que se manifesta como energia cinética. Neste caso o calor está sendo transferido por condução.

Por outro lado, os átomos da placa de aquecimento, estão emitindo radiação infravermelha. Esta radiação é absorvida pelas moléculas de água. O calor está sendo transferido por irradiação.

Num dado momento as moléculas de agua irão se organizar em correntes de convecção. O calor está sendo então transferido por convecção.

Claro, os três tipos de transferência de calor podem  ocorrer simultaneamente.

Clique aqui e abra a animação. Note que o calor não é uma forma nova de energia. É apenas energia de movimento sendo transferida. Quando a transferência acaba não podemos mais falar em calor.

No final do processo a placa perdeu energia e a água aumentou sua Energia Interna.

Imagem: softicons.com Imagens livres (Icons) para uso não comercial na Internet

Molecularium: Clique aqui e veja as demais simulações de fenômenos da Física e da Química.

 Imagem e Produção: Centro de Ciência Viva de Coimbra e da Universidade do Porto, Portugal.