Introdução à Termodinâmica

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Termodinâmica é o ramo da física que estuda as relações entre calor, temperatura, trabalho e energia. Abrange o comportamento geral dos sistemas físicos em condições de equilíbrio ou próximas dele.
Qualquer sistema físico, seja ele capaz ou não de trocar energia e matéria com o ambiente, tenderá a atingir um estado de equilíbrio, que pode ser descrito pela especificação de suas propriedades, como pressão, temperatura ou composição química. Se as limitações externas são alteradas (por exemplo, se o sistema passa a poder se expandir), então essas propriedades se modificam. A termodinâmica tenta descrever matematicamente essas mudanças e prever as condições de equilíbrio do sistema.
Leis da termodinâmica
As principais definições de grandezas termodinâmicas constam de suas leis: a lei zero é a que define a temperatura; a primeira lei (calor, trabalho mecânico e energia interna) é a do princípio da conservação 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
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
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
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
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.
Termodinâmica Aplicada na Fisioterapia
É a parte da física que estuda a mudança de calor em trabalho.
1o. Princípio: “Se um sistema recebe energia esta deve ser armazenada ou fornecida ao ambiente sob forma de trabalho.”
2o. Principio: “O calor passa espontaneamente dos corpos de maior temperatura para a de menos temperatura.” (Clausius). Só é possível transformar calor em trabalho quando se dispõe de duas fontes de calor em temperaturas diferentes.
Transferência de calor
Termoterapia por condução
Dois objetos que estão em contato físico
De um objeto de maior temperatura para a de menor temperatura
mais efetivo em objetos sólidos
Exemplo: Banho de parafina, bolsa de água quente e compressas. São modalidades de aquecimento superficial, se limitam a região cutânea, alcançando a profundidade de 1 cm.
Termoterapia por convecção
É o movimento de moléculas no meio fluídos (líquido ou gases)
Se da por diferença gravitacional as moléculas
São também consideradas formas de calor superficial
Exemplo: Hidroterapia (turbilhão), Forno de Bier, Fluidoterapia (sauna e banho de vapor).
Termoterapia por conversão
Trata-se da conversão de energia elétrica ou sônica em calor (fótons)
Tem como base o efeito Joule
Uutiliza a resistência dos tecidos, quando da passagem da corrente elétrica para produção de calor.
Exemplo: Ondas Curtas, Microondas, Ultra-som (calor profundo) e Infra-vermelho (calor superficial)
Propriedades térmicas das substâncias e dos tecidos
Na termorregulação, o calor é trocado por processos de transferência por condução, convecção, radiação e evaporação entre a superfície corporal e o ambiente, de modo que a temperatura central do corpo permanece constante, e é mantido um equilíbrio entre a produção de calor interno (metabólico) e a perda (ou ganho) de calor ao nível da superfície da pele.
Calor superficial
São consideradas modalidades de calor superficial os que limitam à região cutânea, alcançando a profundidade de 1 a 3 cm tendo como resposta aquecimento local.
EFEITOS FISIOLÓGICOS GERAIS
	Produção de calor
	Vasodilatação
	Aumento do fluxo sangüíneo
	Aumento do metabolismo
	Aumento da viscosidade dos tecidos
	Diminuição da atividade do fuso muscular
	Aumento da temperatura corpórea
	Diminuição da pressão sangüínea
	Aumento da atividade das glândulas sudoríparas
	Aumento do consumo de oxigênio
	Aumento da atividade enzimática
	Diminuição da viscosidade intra-articular
	Aumento da permeabilidade celular
	Aumento da fagocitose
	Aumento da eliminação de metabólicos
	Aumento do débito cardíaco
ALGUNS EFEITOS SISTÊMICOS
	Aumento da temperatura corporal
	Aumento da freqüência cardíaca
	Aumento da freqüência respiratória
	Redução da pressão arterial
TÉCNICAS DE APLICAÇÃO
* Calor superficial transmitido por condução:
	Compressas quentes
	Três toalhas embebidas em água quente, utilizadas em domicílio.
	Podem ser aplicadas em forma de pack (rocambole)
	Usando uma toalha seca para proteção contra queimaduras
	38° a 45°
	1 cm de profundidade terapêutica
	30 minutos
São um excelente meio termoterápico alternativo para utilização no domicílio do paciente, quando este não pode se deslocar para a clínica e não dispõe de outros meios mais eficientes.
Bolsas Térmicas
	Bolsas de borrachas com água à temperatura de 38° a 42°
	1 cm de profundidade terapêutica
	30 minutos
	Existe grande incidência com abertura da tampa levando a queimadura
Muitas vezes o efeito desejado não é conseguido, em virtude da impropriedade no modo de utilizar-se o meio terapêutico.
	Compressas quentes, úmidas, Hidrocallator ou Hot packs
	São pacotes de bolsas de tecido tipo lona ou plástico com minério (bentonita), gel de sílica ou areia. Também chamado de “termogel” (nome comercial)
	Ficam imersos em gabinetes com água na temperatura constante de 70° a 76°C
	Mantém-se aquecidas por 30 a 45 minutos
	Adequadas para áreas que não podem ser tratadas por imersão
	O calor úmido eleva a temperatura superficial da pele mais rápido
	Aquece 0,5 cm de profundidade de 6 a 8 minutos (2 cm em 20 a 30 minutos)
	Evita que o paciente se deita a compressa para evitar queimaduras
	Deve ser coberta por uma toalha seca
	Após aplicação a bolsa retorna ao gabinete
	Deve ser aquecidas por 30 minutos
Os principais efeitos terapêuticos destes agentes são sedantes, relaxantes e antiinflamatórios.
INDICAÇÕES
· Mialgia
· Entorses
·Torcicolos
· Cãimbras
· Furúnculos
· Traumatismos
· Espondilalgia
· Artralgia e etc
CONTRA-INDICAÇÕES
- Edemas, Feridas abertas, Distúrbios de sensibilidade, Dermatites, Processos hemorrágicos e etc
A hemodinâmica compreende o conjunto dos componentes físicos inerentes ao bombeamento e à distribuição do sangue no sistema cardiovascular. Sob essa ótica iremos estudar o comportamento de variáveis como: fluxo sanguíneo, pressão arterial, frequência cardíaca, entre outros, em resposta ao exercício. Nossa capacidade de realizar qualquer exercício está baseada em boa parte nos ajustes do sistema cardiovascular para levar oxigênio e nutrientes ao musculoesquelético que está com sua taxa metabólica sensivelmente aumentada. Então, esses ajustes acontecem com a principal finalidade de atender à demanda metabólica muscular.
As adaptações ocorridas no ciclo cardíaco durante o exercício serão fundamentais para a realização de qualquer atividade física. Durante o exercício, o coração necessitará bater mais rápido e com mais força para aumentar a oferta de sangue aos músculos. Para isso, os ajustes podem ser observados a partir do aumento do retorno venoso que levará a uma maior quantidade de sangue bombeada a cada batimento (volume sistólico). Rapidamente também haverá um aumento da frequência cardíaca e da força de contrações mediados pela elevação da atividade do sistema nervoso simpático e pela redução da atividade nervosa parassimpática.
O resultado final será um aumento substancial no volume de sangue bombeado a cada minuto pelo coração (débito cardíaco). A massa muscular envolvida poderá influenciar a resposta tanto do volume sistólico quanto da frequência cardíaca. Ou seja, quanto maior for a massa muscular envolvida em um determinado movimento, maior será a demanda metabólica e consequentemente maior será o débito cardíaco necessário para atender essa demanda. Assim como são necessárias modificações na função de bombeamento do coração, para que o sangue chegue até o músculo durante o exercício, são também necessários ajustes de fluxo sanguíneo nos vasos periféricos. Esses ajustes irão produzir um grande aumento de fluxo para o músculo produzido por sua redistribuição em relação ao repouso.
O que determina essa redistribuição é o predomínio de vasoconstrição nos tecidos menos ativos e vasodilatação nos vasos musculares. O predomínio da vasodilatação no músculo durante o exercício é resultante, principalmente da ação de metabólitos do processo de contração muscular, entre eles: a adenosina, íons H+, potássio e lactato. Esses metabólitos possuem como característica comum serem vasodilatadores e desta forma contribuem para que o músculo receba mais sangue durante o exercício. 
Bioeletricidade
A eletricidade é natural inerente a todo e qualquer sistema arterial, sendo a interação elétrica a interação central para se estabelecer a estrutura da matéria conforme hoje concebida. Todas as reações químicas, incluso as bioquímicas, são explicadas mediante a interação eletrônica dos átomos moléculas ou íons.
Nos organismos vivos todas as células operam sob tal princípio; contudo células especiais no cérebro e em todo o corpo são melhor compreendidas apenas mediante explicitação direta de seu comportamento elétrico. As percepções de ligam-se diretamente a mecanismos biológicos de conversão de sinais estimulantes em impulsos elétricos reconhecíveis pelos sistemas do organismo. Cada padrão da luz, som, calor, dor, cada contração muscular dos dedos, cada ensamento, traduz-se em uma sequência de pulsos elétricos codificado, armazenado e interpretado no sistema nervoso central dos organismo superiores.
Os processos elétricos que promovem esta comunicação entre as células ocorrem em uma solução, com as substâncias e elementos necessários dissolvidos na água. Quando uma substância como o sal (NaCl) se dissolve em água, ela deixa de existir como uma entidade neutra e se dissocia em íons (no caso do sal, ele se dissocia no cátion sódio, Na+, e no ânion cloreto, Cl-). Os átomos ou mesmo moléculas podem igualmente perder ou ganhar elétrons, tornando-se também íons.
Os íons possuem cargas elétricas positivas e negativas, e o movimento destes íons carregados dentro e fora da célula viva implicam movimento de cargas elétricas. Focando-se no neurônio mas podendo-se igualmente estender o raciocínio às demais células corporais, as organelas de uma célula neuronal encontram-se imersas no citoplasma, fluido aquoso encerrado pela membrana plasmática, no qual diluem-se várias substâncias, com destaque
para moléculas protéicas e os íons de sais inorgânicos. Externamente, a célula é banhada também pelas substâncias diversas, entre elas as que alimentam a célula, criando condições para que essa possa realizar e manter seu metabolismo.
A habilidade das células nervosas em processar a informação elétrica depende das propriedades especiais da membrana celular, que controla o fluxo de substâncias entre o interior e o exterior da célula. Canais sobre a membrana permitem que certas substâncias e íons passem do meio interno para o meio externo da célula e vice-versa; alguns espontaneamente, outros sob imposição do mecanismo bioquímico atrelado ao canal. Os movimentos iônicos através dos canais são também influenciados pelo processo de osmose, promovendo a difusão das susbstâncias no meio aquoso. A membrana mostra-se assim, de forma ativa ou passiva, ou permeável, ou semipermeável ou impermeável a cada uma das substâncias em consideração.
O estudo destes mecanismos bioelétricos define a eletrofisiologia
A eletroterapia consiste em aplicar correntes elétricas diversas para conseguir efeitos como analgesia, diminuição de edema, relaxamento e fortalecimento muscular para auxiliar no processo de reabilitação das mais diversas patologias.
Ela é utilizada como adjuvante e traz ótimos benefícios para o paciente.
Os tipos de correntes elétricas utilizadas na eletroterapia são:
	Terapia por estimulação elétrica nervosa transcutânea (TENS)
Consiste na emissão de correntes elétricas pulsadas através da pele, com a finalidade de estimular, excitar ou despolarizar grupos de fibras nervosas participantes do processo de percepção e modulação da dor.
Indicado para controle de dor.
	Corrente Russa
Essa corrente é definida como a modulação do tempo, na forma de trens de ciclos elétricos de uma corrente alternada contínua de onda senoidal, com uma frequência portadora de 2.500 ciclos por segundo.
É indicada para melhora do desempenho muscular.
	Corrente Interferencial
Corrente elétrica de baixa frequência e amplitude modulada que resulta da interferência causada pelo cruzamento de duas ou mais correntes de forma senoidal alternadas de média frequência, com diferentes frequências portadoras.
Indicado para analgesia e melhora de desempenho muscular
	Ondas Curtas
Uso de energia eletromagnética de ondas curtas com objetivo de aquecer tecidos moles profundos.
Indicado para aumentar a extensibilidade do colágeno, diminuir a rigidez articular, alivia dores e espasmos e ajuda na regeneração de tecidos moles