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1 O trabalho realizado pelo gás é positivoO trabalho realizado sobre gás é negativo Expansão do gás Compressão do gás O trabalho total realizado pelo gás.

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Apresentação em tema: "1 O trabalho realizado pelo gás é positivoO trabalho realizado sobre gás é negativo Expansão do gás Compressão do gás O trabalho total realizado pelo gás."— Transcrição da apresentação:

1 1 O trabalho realizado pelo gás é positivoO trabalho realizado sobre gás é negativo Expansão do gás Compressão do gás O trabalho total realizado pelo gás à medida que o seu volume se altera de V i para V f é dado por O estado do gás a cada passo pode ser traçado numa representação gráfica que é muito importante na termodinâmica – um diagrama PV W W é a área sob a curva

2 2 EXPANSÃO DO GÁS eCOMPRESSÃO DO GÁS

3 3 O trabalho realizado pelo gás depende da trajectória seguida entre os estados inicial e final W1W1 W2W2 W3W3 Para determinar o trabalho W 3 é preciso conhecer a função P(V)

4 4 De maneira semelhante, também se descobre que a energia transferida pelo calor para dentro ou para fora do gás depende do processo pelo qual é transferido Calor em processos termodinâmicos Em cada caso o gás tem o mesmo volume, temperatura e pressão iniciais e é considerado ideal a) Um gás à temperatura Ti se expande lentamente absorvendo energia de um reservatório à mesma temperatura b) Um gás expande rapidamente numa região onde se fez vácuo depois que uma membrana é rompida Portanto concluímos que a transferência de energia pelo calor, assim como o trabalho realizado, depende do processo seguido entre os estados inicial e final do sistema

5 5 2.5 Primeiro Princípio da Termodinâmica Caso especial do princípio da conservação de energia: a única variação na energia dum sistema é a variação na sua energia interna U, e os únicos mecanismos de transferência de energia são o calor Q e o trabalho W Primeiro princípio da termodinâmica Quando um sistema é submetido a uma mudança infinitesimal em seu estado, tal que uma pequena quantidade de energia dQ transferida pelo calor e uma pequena quantidade de trabalho dW realizado pelo sistema, a energia interna também varia de uma quantidade pequena dU Q é a energia transferida para o gás Significa que a variação da energia interna de um sistema, é igual à soma da energia transferida através da fronteira do sistema pelo calor e a energia transferida pelo trabalho W é o trabalho realizado pelo gás

6 6 2.6 Algumas Aplicações do Primeiro Princípio da Termodinâmica Processos termodinâmicos: adiabático, isométrico (ou isocórico), isotérmico e o cíclico Processo adiabático Q=0 Todas as superfícies do pistão são isolantes perfeitos, de maneira que a transferência de energia pelo calor não existe Aplicando o primeiro princípio da termodinâmica O trabalho realizado pelo gás é negativo, representando a transferência de energia para dentro do sistema, de maneira que a energia interna aumenta. E quando o gás se expande adiabaticamente, é negativo A expansão livre é um processo adiabático único, em que nenhum trabalho é realizado sobre o gás. Como Q=0 e W=0 obtemos. Não há variação na temperatura durante uma expansão livre adiabática

7 7 Processo isobárico Processo que ocorre a uma pressão constante Processo isométrico (ou isocórico) No processo isométrico, o volume é constante e é criado segurando-se o pistão de maneira que ele não se mova W=0 Aplicando o primeiro princípio da termodinâmica Toda a energia adicionada ao sistema por meio do calor, vai para o aumento da energia interna do sistema

8 8 Processo isotérmico Num processo isotérmico a temperatura é constante Aplicando o primeiro princípio da termodinâmica Isoterma A energia que entra no gás por meio do trabalho sai do gás por meio do calor, de modo que a energia interna permanece fixa ou

9 9 Processo cíclico O sistema não isolado começa e termina no mesmo estado Aplicando o primeiro princípio da termodinâmica Os processos cíclicos são muito importantes na descrição das máquinas térmicas A energia adicionada ao sistema na forma de calor, deve ser igual ao trabalho realizado sobre o sistema durante o ciclo

10 Mecanismos de Transferência de Energia em Processos Térmicos Condução Em escala atómica há uma troca de energia cinética entre moléculas, na qual as moléculas menos energéticas ganham energia colidindo com moléculas mais energéticas - Antes de se inserir a barra na chama, os átomos estão vibrando em torno de suas posições de equilíbrio - À medida que a chama fornece energia à barra, os átomos próximos à chama começam a vibrar com amplitudes cada vez maiores - Colidem com seus vizinhos e transferem um pouco de sua energia nas colisões O aumento da vibração das moléculas representa uma elevação de temperatura do metal A taxa de condução depende das propriedades da substância

11 11 k é chamada de condutividade térmica do material Considere um bloco cujo material tem espessura e uma secção de área A, cujas faces opostas têm temperaturas T 1 e T 2, onde T 2 > T 1 T2T2 T1T1 Taxa de transferência de energia pelo calor H é a potência (Watts) Para um bloco de espessura infinitesimal dx e diferença de temperatura dT, podemos escrever a lei da condução como é o gradiente de temperatura (variação da temperatura com a posição) T2T2 T1T1

12 12 T2T2 T1T1 Suponha que uma substância esteja na forma de uma barra longa e uniforme e de comprimento L Está isolada de modo que a energia não possa escapar pelo calor a partir da sua superfície excepto nas extremidades, que estão em contacto térmico com reservatórios que têm temperaturas T 1 e T 2 No estado estacionário a temperatura em cada ponto ao longo da barra é constante no tempo A taxa de transferência de energia pelo calor será k é a condutividade térmica

13 13 A Tabela mostra a condutividade térmica de diferentes substâncias

14 14 Convecção A energia é transferida pelo movimento de um fluido Se não fosse pelas correntes de convecção, seria muito difícil ferver a água À medida que a água é aquecida numa panela, as camadas inferiores são aquecidas primeiras. Essas regiões se expandem e sobem porque tem uma densidade menor que a da água fria. Ao mesmo tempo, a água mais fria e mais densa vai para o fundo da panela e aí pode ser aquecida. O mesmo processo ocorre numa sala aquecida por um aquecedor

15 15 Radiação A energia é transferida pela radiação electromagnética A origem da radiação electromagnética é a aceleração de cargas eléctricas A potência irradiada pelo corpo em Watts Qualquer corpo emite radiação electromagnética devido ao movimento térmico de suas moléculas W/m 2 K 4 Constante de Stefan-Boltzmann: T é a temperatura da superfície do corpo em kelvins A é a área da superfície do corpo em metros quadrados e é uma constante chamada emissividade


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