Termodinâmica é a ciência que trata

Apresentação em tema: "Termodinâmica é a ciência que trata"— Transcrição da apresentação:

1 Termodinâmica é a ciência que trata
do calor e do trabalho das características dos sistemas e das propriedades dos fluidos termodinâmicos

2 Termodinâmica 1. Sistema - porção definida do espaço. Ex. uma solução, uma célula, um cilindro de gás, um corpo...

3 Termodinâmica 2. Entorno - tudo que envolve o sistema. Não tem limite. É o ambiente Os sistemas podem variar de volume, temperatura e energia. Abertos/fechados.

4 Termodinâmica Os sistemas possuem dois tipos de energia: Energia Interna... Potencial – é a composição química Cinética – é o conteúdo de calor

5 Termodinâmica Os sistemas possuem dois tipos de energia: Energia Externa... Potencial – é dependente da altura do sistema no Campo G. Cinética – é dependente da velocidade de deslocamento do sistema no espaço.

6 Termodinâmica Se o sistema é uma bomba, tanto faz ela estar no alto (energia potencial externa), como ser lançada (energia cinética externa), que sua energia interna é a mesma até o momento da explosão (a potencial, pelo menos).

7 Termodinâmica Ec EXT Ep + Ec INT Altura Ep EXT Distância

8 Se ele come a banana com casca faz alguma diferença?
Termodinâmica Se um macaco come uma banana, no alto de uma árvore, sobre o solo, correndo ou parado, ele só aproveita a energia interna da banana. Se ele come a banana com casca faz alguma diferença?

9 Termodinâmica Menos Energia Mais Energia

10 Propriedades extensivas Propriedade intensivas
Prof º Ms. Clóvis Piáu HENEINE, I.F. Biofísica Básica, 2005. Termodinâmica A Energia Interna de um sistema pode ou não depender de Massa do sistema, pelo menos macroscopicamente. Com isso, classifica-se Propriedades extensivas Propriedade intensivas

11 Termodinâmica Propriedade intensivas (independem da massa). 1. pressão 2. temperatura 3. voltagem 4. viscosidade

12 Termodinâmica Propriedade extensiva (dependem da massa) 1. volume 2. quantidade de matéria 3. densidade 4. quantidade de energia

13 Termodinâmica 1ª Lei: Descreve a conservação da energia. Energia não pode ser criada ou destruída, mas somente convertida de uma forma em outra.

14 Toda transformação de energia se acompanha de energia térmica.
Prof º Ms. Clóvis Piáu HENEINE, I.F. Biofísica Básica, 2005. Termodinâmica 1ª Lei: Toda transformação de energia se acompanha de energia térmica. Qualquer forma de energia ou trabalho, pode ser totalmente convertida em calor.

15 Termodinâmica 1ª Lei: A energia do Universo é constante.

16 A ENERGIA INTERNA DE UM SISTEMA ISOLADO É CONSTANTE
O PRIMEIRO PRINCÍPIO DA TERMODINÂMICA Lei da conservação da energia: a energia em um sistema pode manifestar-se sob diferentes formas como calor e trabalho. A energia pode ser interconvertida de uma forma para outra, mas a quantidade total de energia do universo, isto é, sistema mais meio externo, conserva-se. A ENERGIA INTERNA DE UM SISTEMA ISOLADO É CONSTANTE

17 Alguns ilustres pesquisadores que construiram a termodinâmica
James Joule Sadi Carnot Emile Claupeyron Rudolf Clausius Wiliam Thomson Lord Kelvin

18 Contribuição de James Joule.
1839 Experimentos: trabalho mecânico, eletricidade e calor. 1840 Efeito Joule : Pot = RI2 1843 Equivalente mecânico do calor ( 1 cal = 4,18 J) 1852 Efeito Joule-Thomson : decrescimo da temperatura de um gás em função da expansão sem realização de trabalho externo. Lei da Conservação de Energia James P. Joule ( ) Nasceu em Salford - Inglaterra As contribuições de Joule e outros levaram ao surgimento de uma nova disciplina: a Termodinâmica 1a Lei da Termodinâmica

19 Para entender melhor a 1a Lei de Termodinâmica é preciso compreender as características dos sistemas termodinâmicos e os caminhos “percorridos” pelo calor...

20 Sistema Termodinâmico
Certa massa delimitada por uma fronteira. Sistema Aberto Sistema que não troca massa com a vizinhança, mas permite passagem de calor e trabalho por sua fronteira. Vizinhança do sistema. O que fica fora da fronteira Sistema fechado Sistema que não troca energia nem massa com a sua vizinhança.

21 Transformação Transformação Variáveis de estado Variáveis de estado
P2 V2 T2 U2 P1 V1 T1 U1 Estado 1 Transformação Estado 2

22 Processos Processos Durante a transformação Isotérmico
“Caminho” descrito pelo sistema na transformação . P1 V1 T1 U1 P2 V2 T2 U2 Processos Durante a transformação Isotérmico temperatura constante Isobárico Pressão constante Isovolumétrico volume constante Adiabático É nula a troca de calor com a vizinhança.

23 Variação Energia Interna
Transformações 1a Lei da Termodinâmica Sistema Fechado W > 0 → sistema realiza trabalho W < 0 → sistema sofre trabalho Q > 0 → sistema recebe calor Q < 0 → sistema perde calor 1a Lei Q = W + ΔU ΔU = U2 – U1 Variação Energia Interna

24 Variação da Energia Interna
Q = W + ∆U Gás Expansão nula W = 0 Δ U = Q ΔT = 0 → ΔU = 0 ΔT > 0 → ΔU > 0 ΔT < 0 → ΔU < 0 Como U é uma variável de estado, ΔU não depende do processo. ΔU depende apenas de ΔT. A energia interna de um gás é função apenas da temperatura absoluta T.

25 O calor Q que passa pelas fronteiras do sistema depende do processo.

26 ∆U = Q - W W = F.d . W F = Pr.S W = Pr.S.d W = Pr.ΔV ∆V = V2 -V1
O trabalho que atravessa a fronteira depende do processo? ∆U = Q - W W = F.d . W depende de como a pressão e volume mudam no processo. F = Pr.S W = Pr.S.d ∆V = V2 -V1 W = Pr.ΔV

27 Como as variáveis de estado se relacionam?
Diagramas P x V Gases ideais Estado 1 1 P1 Como as variáveis de estado se relacionam? T1 no de moles V1 P1V1 = nRT1 Equação de estado Constante dos gases R  = 8,31 J/mol.K = 2 cal/mol.K

28 Processo isovolumétrico Transformação a volume constante
Q = m  CV  (T2-T1) Calor específico a volume constante 1ª Lei da Termodinâmica Transformação de 1 → 2 Q = W + U W = 0 ∆V = 0 Volume invariável Isovolumétrica U = Q

29 Processo isobárico Q = + m CP (TB - TA) 1ª Lei da Termodinâmica
Transformação a pressão constante calor específico a pressão constante Q =   + m CP (TB - TA) W = Po [VB-VA] 1ª Lei da Termodinâmica Q = W + U

30 Transformação à temperatura constante Êmbolo movimentado lentamente
Processo Isotérmico Transformação à temperatura constante Êmbolo movimentado lentamente ∆U = 0 → ∆T=0 Q = W + 0  Q = W

31 Processo adiabático Transformação sem troca de calor
O processo ocorre tão rapidamente que o sistema não troca calor com o exterior. Movimento rápido do êmbolo. Q = 0 Q = 0 Primeira Lei da Termodinâmica Q = W + ∆U Q = 0 → ∆U= - W W = -   ∆U Compressão adiabática Trabalho transforma-se em calor W Área sob o grafico

32 Processos cíclicos 1.- ∆Uciclo = ∆U = 0 pois Tfinal = Tinicial
2.- Qciclo = Q 3.- Wciclo = W = área 12341 1a Lei da Termodinâmica Qciclo = Wciclo + ∆Uciclo Qciclo =  Wciclo Wciclo > 0 → Qciclo  0 O sentido do ciclo no diagrama PV :  horário. O sistema recebe Q e entrega W

33 Máquinas Térmicas “Trabalham” em ciclos.

34 Trabalho Fonte quente Fonte fria Ciclo
A máquina de Denis Papin Trabalho Para onde a máquina rejeita calor QCold Fonte quente Fonte fria De onde a máquina retira calor QHot. Ciclo

35 Eficiência térmica: 1ªLei
Em cada ciclo ∆U = 0 W = Q1-Q2 Eficiência = W/Q1= (Q1-Q2)/Q1 ε = [1 – Q2/Q1]

36 Ciclo Refrigerador Refrigerador
12: compressão adiabática em um compressor 23: processo de rejeição de calor a pressão constante 34: estrangulamento em uma válvula de expansão (com a respectiva queda de pressão) 41: absorção de calor a pressão constante, no evaporador

37 ε = [1 – Q2/Q1] Qual o limite da eficiência de uma máquina térmica ?
ε → 1 ε → 100% É possível construir esta máquina?

38 A eficiência da Máquina de Carnot
A máquina ideal de Carnot Ciclo reversível A eficiência da Máquina de Carnot No ciclo: ∆U=0 → W = Q1 - Q2 ε = W/Q1 = [Q1-Q2]/Q1  =  1 -  Q2/Q1   Q2/Q1 = T2/T1 ε =  (1 -  Q2/Q1) = (1 - T2/T1) ε = 1 - T2/T1 BC e DA = adiabáticas Princípio de Carnot "Nenhuma máquina térmica real, operando entre 2 reservatórios térmicos T1 e T2 , pode ser mais eficiente que a "máquina de Carnot" operando entre os mesmos reservatórios"