Marcos Germano Degenhardt

Apresentação em tema: "Marcos Germano Degenhardt"— Transcrição da apresentação:

1 Marcos Germano Degenhardt
Termodinâmica Marcos Germano Degenhardt

2 Introdução Quando um móvel se desloca sobre uma superfície com atrito, há necessidade de um constante fornecimento de energia para manter o movimento. F F F F F F F F F F F Durante todo o movimento a velocidade permaneceu constante, logo, o trabalho realizado pela força F não aumentou a energia do móvel, sendo então, dissipada.

3 Introdução O que aconteceu com a energia recebida pela realização do trabalho? Transformou-se em energia térmica e com isso aqueceu o corpo. Desta forma:

4 Conceito Termodinâmica é a parte da física que estuda as relações recíprocas entre um trabalho realizado e a corresponde variação da energia térmica do sistema. F F F F F F F F F Calor

5 Conceitos básicos Há a necessidade de se compreender alguns dos termos que serão utilizados: Sistema e Fronteira Estado Termodinâmico Trabalho Energia Calor

6 Sistema e Fronteira Sistema Fronteira
A região isolada do espaço, cujas características devem ser estudas, sem qualquer influência externa é o que se chama de Sistema Já a superfície que separa o meio externo, quer seja real, quer imaginária, denomina-se de Fronteira

7 Exemplo A figura a seguir ilustra um sistema: Meio Externo Fronteira

8 Classificação dos Sistemas
Os sistemas são classificados em: Sistemas Abertos Sistemas Fechados Sistemas Isolados

9 Sistema Aberto É o sistema que permite que através de sua fronteira hajam trocas com o meio externo de matéria e energia Meio Externo Sistema Fronteira

10 Sistema Fechado Neste caso, o sistema troca apenas energia com o meio externo, a massa não é trocada. Meio Externo Sistema Fronteira

11 Sistema Isolado Neste sistema não há trocas, nem de energia, nem de massa, com o meio externo. Meio Externo Sistema Fronteira

12 Estado Termodinâmico Corresponde às condições que caracterizam um sistema, em termos de: pressão volume temperatura densidade

13 Transformações pi pf Vi Vf Ti Tf Processo Termodinâmico
Se uma das características de um sistema sofre uma variação, então diz-se que houve uma transformação Chama-se de processo termodinâmico, ao modo pelo qual ocorreu a variação de uma das características de um estado. Estado Inicial Estado Final pi pf Processo Termodinâmico Vi Vf Ti Tf

14 Trabalho p é a pressão em que o gás se encontra
Na termodinâmica, trabalha-se com gases, logo, são estes quem realizam trabalho. Calcula-se o trabalho que um gás realiza por: Onde: τ é o trabalho realizado/recebido p é a pressão em que o gás se encontra V é o aumento/redução do volume do gás

15 Unidades de Medida Grandeza Símbolo Medida Trabalho τ Joule (J)
Pressão p Pascal (Pa) Volume V metros cúbicos (m3) Caso as unidades não estejam coerentes, elas devem ser transformadas para as unidades acima.

16 Gráfico do Trabalho Ao se trabalhar com gases, representa-se em gráficos a forma de como a pressão e o volume interagem: p0 V0 V1 V(m3) p(Pa)

17 Característica do gráfico p x V
No gráfico pressão versus volume (p x V) o trabalho pode ser obtido pela área do mesmo, sob a linha que representa a transformação. p0 V0 V1 V(m3) p(Pa)

18 Convenções Durante uma transformação o gás, seu volume pode aumentar ou diminuir, caracterizando o trabalho. O Trabalho será positivo e realizado pelo gás Aumente Caso o volume O Trabalho será negativo e recebido pelo gás Diminua

19 Trabalho realizado Ocorre quando o volume do gás aumenta
Recebe sinal positivo p0 V0 V1 V(m3) p(Pa) p1

20 Trabalho recebido Ocorre quando o volume do gás diminui
Recebe sinal negativo p(Pa) p0 V0 V1 V(m3) p1

21 Exemplo O gás contido no recipiente ao lado sofre uma transformação, sob pressão de 200 Pa, aumentando seu Volume de 1 m3 para 5 m3. Qual o trabalho realizado na transformação? Dados: p = 200 Pa V0 = 1 m3 V = 5 m3 Solução

22 Energia Esta associada ao movimento das partículas do gás: Quanto maior a temperatura absoluta, maior a velocidade e maior a energia das moléculas; Quanto menor a temperatura absoluta, menor a velocidade e menor a energia das moléculas. A energia é uma função exclusiva da temperatura absoluta das moléculas do gás

23 Cálculo da Energia Calcula-se a energia de um sistema por:
Onde E é a energia medida em Joules k é a constante de Boltzmann T é a temperatura absoluta, medida em Kelvin

24 Cálculo da Energia Para se determinar o aumento da energia de um sistema, utiliza-se: Onde E é a energia medida em Joules n é o número mols do gás R é a constante universal dos gases perfeitos T é a temperatura absoluta, medida em Kelvin

25 Convenções Durante uma transformação o gás, sua temperatura pode aumentar ou diminuir, caracterizando a variação da energia. A variação da energia será positiva Aumente Caso a termperatura A variação da energia será negativa Diminua

26 Exemplo Uma amostra gasosa encontra-se a temperatura de 127 ºC. Qual a energia interna das partículas deste gás? Dados: T = 127 ºC => 400 K Solução

27 Exemplo A temperatura de 3 moles de um gás perfeito é aumentada de 27 ºC para 227 ºC. Qual o aumento da energia interna deste gás? Dados: T0 = 27 ºC => 300 K T1 = 227 ºC => 500 K n = 3 mol R = 8,31 J/mol.K Solução

28 Calor É a energia em trânsito entre corpos que apresentam entre si uma diferença de temperatura. No momento em que as temperaturas se igualam, cessa a transferência de energia e os corpos atingiram o equilíbrio térmico.

29 Medidas Uma quantidade de calor pode ser medida de duas formas: a do Sistema Internacional ou por uma unidade prática. Medida Unidade Sistema Internacional Joule [J] sistema prático Caloria [cal]

30 Exemplo Um gás recebe 500 cal em forma de calor. Quanto calor foi recebido em Joules? Dados: Q = 500 cal Solução

31 Convenções Um sistema gasoso pode ceder ou receber calor
Seu sinal será positivo Receba Caso o sistema Seu sinal será negativo Ceda

32 Leis da Termodinâmica O estudo da termodinâmica esta assentado em três leis: Lei zero da Termodinâmica Primeira Lei da Termodinâmica Segunda Lei da Termodinâmica

33 Lei Zero da Termodinâmica
Trata do equilíbrio térmico entre os corpos Anula as trocas de calor e energia quando os corpos atingem a mesma temperatura. Se dois corpos A e B estão em equilíbrio térmico com um corpo C, então A e B estão em equilíbrio térmico entre si.

34 Representação A B C Sistema

35 Primeira Lei da Termodinâmica
Trata do balanceamento energético entre as quantidades de energia interna e externa trocadas durante uma transformação, permanecendo constante durante todo o processo. Daí decorrem: A energia do Universo é constante A energia não pode ser criada e nem destruída, tão somente transformada de um tipo em outro

36 Definição Toda vez que um sistema recebe uma quantidade de energia, parte dela será devolvida sob forma de um trabalho desenvolvido e outra parte o sistema assimilará para si.

37 Representação Pode-se observar Aumento da Energia Interna
Trabalho realizado Aumento da Energia Interna Calor Recebido

38 Conceito  é o trabalho trocado do gás com o meio
A quantidade de calor trocada com o meio corresponde à soma do trabalho realizado pelo gás com o aumento de sua energia térmica Onde  é o trabalho trocado do gás com o meio Q é a quantidade de calor trocada pelo gás com o meio E é o variação da energia interna do gás

39 Exemplo Uma amostra de gás recebe uma quantidade Q de calor, o que faz com que o gás se expanda e produza um trabalho de 1500 J e sua energia interna aumente em 3000 J. Quanto calor o gás recebeu? Dados: Q = ? cal E = 3000 J e  = 1500 J Solução