(Português | Pt-BR)
⁕ Este repositório contém uma simulação interativa denominada Lei Zero da Termodinâmica, destinada a professores do ensino médio e fundamental para demonstrar os princípios da Lei Zero da Termodinâmica e o conceito de equilíbrio térmico.
⁕ A simulação consiste em três blocos, denominados A, B e C, representando diferentes materiais contidos em uma caixa isolada adiabática. Um processo adiabático é aquele em que não há troca de calor com o ambiente externo.
⁕ Através de botões clicáveis na tela, é possível selecionar o tipo de material para cada bloco, bem como aumentar ou diminuir a temperatura de cada bloco individualmente.
⁕ No canto inferior direito da interface, encontra-se um slider que permite ajustar a taxa de troca de calor entre os blocos, controlando assim a velocidade da simulação.
⁕ Uma tabela contendo diversas propriedades físicas dos materiais está disponível, incluindo calor específico (J/kg.K), calor latente (J/kg) e temperaturas média, mínima e máxima (°C).
⁕ Ao final da página, uma imagem ilustrativa sobre o conceito da Lei Zero da Termodinâmica está anexada, destinada ao uso em sala de aula pelos professores e como recurso para os estudantes.
⁕ Acessando a simulação:
- Acesse a página web da simulação em https://cometsinthesky.github.io/lei-zero-termodinamica/.
⁕ Se preferir usar a simulação offline, siga as seguintes instruções:
- Na página do repositório clique no ícone verde <>code;
- Em seguida, clique em "Download ZIP", ou se preferir o download direto clique AQUI;
- Vá para o local do arquivo baixado e extraia os arquivos para uma pasta;
- Dentro da pasta, clique no arquivo index.html e arraste-o para uma aba aberta do navegador e solte-o nessa aba. A simulação deverá carregar automaticamente.
⁕ Agora você está pronto para explorar a simulação e aprender sobre os princípios da Lei Zero da Termodinâmica e equilíbrio térmico!
⁕ A simulação proporciona uma experiência interativa ao selecionar materiais a diferentes temperaturas e observar os fenômenos que ocorrem. É interessante para os professores demonstrarem os diferentes intervalos (Δt) de troca de calor entre dois ou três materiais distintos, destacando os conceitos de equilíbrio térmico.
⁕ Quando os três blocos atingem a mesma temperatura, um estado de equilíbrio térmico é alcançado. Nesse cenário, não há mais transferência líquida de calor entre os blocos, pois suas temperaturas são iguais. Isso ocorre porque, de acordo com a Lei Zero da Termodinâmica, quando dois sistemas estão em equilíbrio térmico com um terceiro sistema, eles também estão em equilíbrio térmico entre si.
⁕ A simulação demonstra vividamente como os blocos, inicialmente em temperaturas diferentes, gradualmente se ajustam até que todas as variações de temperatura sejam eliminadas. Esse estado de equilíbrio térmico é um conceito fundamental na termodinâmica e é crucial para entendermos como o calor é distribuído entre diferentes corpos e materiais em um sistema isolado. Ao observar os três blocos atingindo esse equilíbrio na simulação, os alunos podem visualizar e compreender melhor os princípios envolvidos na Lei Zero da Termodinâmica.
⁕ No código, a equação
⁕ A inclusão da equação
⁕ Além disso, foi implementada a funcionalidade de mudança automática de estado físico do bloco "Água", buscando simular os diferentes estados físicos da água e as transições de fase.
⁕ De forma geral, a termodinâmica é uma área da física que estuda as relações entre energia, calor e trabalho. Ao longo dos séculos, os cientistas desenvolveram leis fundamentais que governam o comportamento dos sistemas físicos em diferentes condições termodinâmicas. Uma dessas leis, a Lei Zero da Termodinâmica, estabelece os fundamentos para a definição de temperatura e equilíbrio térmico. Apesar de ser a última a ser formalizada entre as leis termodinâmicas, a Lei Zero desempenha um papel crucial na compreensão de fenômenos termodinâmicos e na construção de escalas de temperatura, por exemplo (HEWITT, 2023; NUSSENZVEIG, 2018).
⁕ Artigo no prelo: Simulação e Ensino de Física: Lei zero da termodinâmica a partir da experimentação e simulação baseada em programação JavaScript e Canvas Element para o Ensino Médio (FERREIRA, L.; FELIX, M.; CARVALHO, V., 2024).
⁕ Para obter mais detalhes sobre a simulação e sua implementação, consulte o código-fonte fornecido neste repositório.
(English | EN)
This repository contains an interactive simulation called the Zeroth Law of Thermodynamics, designed for high school and middle school teachers to demonstrate the principles of the Zeroth Law of Thermodynamics and the concept of thermal equilibrium.
⁕ The simulation consists of three blocks, labeled A, B, and C, representing different materials contained in an adiabatic insulated box. An adiabatic process is one in which there is no heat exchange with the external environment.
⁕ Through clickable buttons on the screen, you can select the type of material for each block, as well as increase or decrease the temperature of each block individually.
⁕ In the bottom right corner of the interface, there is a slider that allows you to adjust the rate of heat exchange between the blocks, thus controlling the simulation speed.
⁕ A table containing various physical properties of the materials is available, including specific heat (J/kg.K), latent heat (J/kg), and average, minimum, and maximum temperatures (°C).
⁕ At the end of the page, an illustrative image about the concept of the Zeroth Law of Thermodynamics is attached, intended for classroom use by teachers and as a resource for students.
⁕ Accessing the simulation:
- Access the simulation's web page at https://cometsinthesky.github.io/lei-zero-termodinamica/.
⁕ If you prefer to use the simulation offline, follow these instructions:
- On the repository page, click on the green <>code icon;
- Then, click on "Download ZIP", or if you prefer direct download, click HERE;
- Go to the location of the downloaded file and extract the files to a folder;
- Inside the folder, click on the index.html file and drag it to an open browser tab and drop it in that tab. The simulation should load automatically.
⁕ Now you are ready to explore the simulation and learn about the principles of the Zeroth Law of Thermodynamics and thermal equilibrium!
⁕ The simulation provides an interactive experience by selecting materials at different temperatures and observing the phenomena that occur. It is interesting for teachers to demonstrate the different intervals (Δt) of heat exchange between two or three distinct materials, highlighting the concepts of thermal equilibrium.
⁕ When the three blocks reach the same temperature, a state of thermal equilibrium is achieved. In this scenario, there is no net transfer of heat between the blocks anymore because their temperatures are equal. This occurs because, according to the Zeroth Law of Thermodynamics, when two systems are in thermal equilibrium with a third system, they are also in thermal equilibrium with each other.
⁕ The simulation vividly demonstrates how the blocks, initially at different temperatures, gradually adjust until all temperature variations are eliminated. This state of thermal equilibrium is a fundamental concept in thermodynamics and is crucial for understanding how heat is distributed among different bodies and materials in an isolated system. By observing the three blocks reaching this equilibrium in the simulation, students can visualize and better understand the principles involved in the Zeroth Law of Thermodynamics.
⁕ In the code, the equation
⁕ The inclusion of the equation
⁕ Additionally, the functionality of automatic change of physical state of the "Water" block has been implemented to simulate the different physical states of water and phase transitions.
⁕ In general, thermodynamics is an area of physics that studies the relationships between energy, heat, and work. Over the centuries, scientists have developed fundamental laws that govern the behavior of physical systems under different thermodynamic conditions. One of these laws, the Zeroth Law of Thermodynamics, establishes the foundations for the definition of temperature and thermal equilibrium. Despite being the last to be formalized among the thermodynamic laws, the Zeroth Law plays a crucial role in understanding thermodynamic phenomena and in constructing temperature scales, for example (HEWITT, 2023; NUSSENZVEIG, 2018).
⁕ Article in press: Simulation and Physics Teaching: Zeroth law of thermodynamics through experimentation and simulation based on JavaScript programming and Canvas Element for High School (FERREIRA, L.; FELIX, M.; CARVALHO, V., 2024).
⁕ For more details about the simulation and its implementation, refer to the provided source code in this repository.