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Termodinâmica Prof. Marcos G Degenhardt. Introdução Os primeiros registros de inventos que utilizam o calor para gerar algum tipo de movimento ou trabalho.

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1 Termodinâmica Prof. Marcos G Degenhardt

2 Introdução Os primeiros registros de inventos que utilizam o calor para gerar algum tipo de movimento ou trabalho estão associados à Heron, da cidade de Alexandria.

3 Introdução São dignas de menção duas das suas invenções: o eolipílio e a porta automática do templo da deusa Diana.

4 Introdução O eolipílio era um dispositivo contendo um liquido – água – que ao ser elevada à vaporização fazia com que o mesmo entrasse em rotação.

5 Introdução A porta do templo, que abria automaticamente após a chama ser acesa sobre o altar em homenagem à deusa da fertilidade: Diana.

6 Introdução Muito tempo passou até que a utilização do fogo e do vapor fosse utilizado para a realização de trabalhos, inicialmente a extração de água de minas de carvão, na máquina de Thomas Savery.

7 Introdução A máquina de Thomas Savery, basicamente injetava vapor num cilindro, depois o cilindro era resfriado o que produzia uma redução de pressão, que sugava a água do fundo da mina.

8 Introdução Máquina de Thomas Savery em funcionamento.

9 Introdução A próxima melhoria da foi realizada por Thomas Newcomen. O vapor produzido era introduzido no cilindro, empurrando o êmbolo para cima, em seguida era injetada água fria que puxava o êmbolo para baixo novamente.

10 Introdução Máquina de Newcomen em funcionamento.

11 Introdução James Watt, aperfeiçoou ainda mais a máquina, reutilizando a água injetada no cilindro, resfriando-a.

12 Introdução Máquina de James Watt em funcionamento.

13 Introdução James Hargreaves, elabora a fiandeira, primeiro passo para os teares da revolução industrial.

14 Introdução O francês Nicolas Cugnot adaptou uma máquina térmica a um chassis e inventou o automóvel que atingia 3,2 km/h e que, segundo lenda bateu num muro.

15 Introdução Em seguida, Richard Trevithick, adaptou uma máquina a vapor sobre uma plataforma, criando a locomotiva.

16 Introdução Não muito tempo depois, Robert Fulton adaptou a máquina a vapor a um barco, criando o navio à vapor.

17 Introdução Após estas invenções, o vapor passou a ser mundialmente utilizado, e as máquinas aperfeiçoadas.

18 Trabalho Quando um gás se expande, por receber calor, o trabalho realizado depende de quanto o volume do gás aumentou. Volume Inicial Volume Final

19 Trabalho Se o volume do gás: Aumentar o gás realiza trabalho (+) Diminuir o gás recebe trabalho ( – )

20 Cálculo do Trabalho Utiliza-se: Onde: W = Trabalho (Joules) [J] p = pressão (Pascal ou Newton/metro 2 ) [Pa] V = volume (metros 3 ) [m 3 ]

21 Exemplo Um recipiente contém 150 litros de ar sob pressão de 1 atm. Que trabalho o gás realiza se ele for aquecido e o volume aumentar para 200 litros?

22 Solução Dados: V 0 = 150 l = 0,15 m 3 V = 200 l = 0,2 m 3 p = 1 atm = Pa. 0,15 m 3 0,2 m 3

23 Trabalho em Transformações Quaisquer Num gráfico pressão x volume, o trabalho realizado por uma transformação corresponde à área sob a linha do gráfico. Área

24 Exemplo Dada a transformação representada pelo gráfico ao lado. Determinar o trabalho realizado na transformação de A a C

25 Solução Inicialmente se observa que a figura pode ser repartida em duas partes – duas áreas: Área 1 Área 2

26 Solução A área 1 corresponde a um trapézio, logo: Área 1

27 Solução A área 2 corresponde a um retângulo, logo: Área 2

28 Solução O trabalho total corresponde à soma de todas as áreas, logo: Área 2

29 Transformações Particulares Transformação Isobárica Transformação Isométrica Transformação Isotérmica Transformação Adiabática

30 Trabalho Transformação Isobárica Nesta transformação a pressão se mantém constante. O trabalho é calculado por:

31 Exemplo O gráfico abaixo representa no trecho AB uma transformação isobárica. Qual o trabalho realizado pelo gás?

32 Solução O trabalho realizado pelo gás corresponde à área sob o gráfico. Então:

33 Trabalho Transformação Isométrica Nesta transformação o volume se mantém constante. O trabalho é nulo.

34 Exemplo O gráfico abaixo representa no trecho BC uma transformação isométrica. Qual o trabalho realizado pelo gás?

35 Solução O trabalho realizado pelo gás corresponde à área sob a linha BC. Então:

36 Trabalho Transformação Isotérmica Nesta transformação a temperatura se mantém constante. O trabalho é calculado por:

37 Exemplo O gráfico abaixo uma transformação isotérmica de 5 mols, que ocorre sob temperatura de 500K. Qual o trabalho realizado pelo gás?

38 Solução Dos dados: n = 5 mols R = 8,31 J/mol.K T = 500 K V1 = 1 m 3 V2 = 4 m 3


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