Aula 05 Calor e Trabalho.

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1 Aula 05 Calor e Trabalho

2 TRABALHO Pode ser definido como sendo uma força que age através de um deslocamento na direção da forçaPode ser definido como sendo uma força que age através de um deslocamento na direção da força. Essa relação permite calcular o trabalho necessário para levantar um peso, esticar um fio ou mover uma partícula carregada através de um campo eletromagnético.

3 TRABALHO Em Termodinâmica, devemos relacionar a definição de trabalho com os conceitos de sistemas, propriedades e processos. Define‐se trabalho como: Um sistema realiza Trabalho se o único efeito sobre a vizinhança puder ser considerado com o levantamento de um peso. Se o Trabalho for realizado sobre o sistema é negativo; Se o Trabalho for realizado pelo sistema é positivo;

4 Trabalho Movimento de Fronteira
Pode ser ilustrado pela expansão de um gás no interior de um cilindro e que movimenta um pistão de massa constante. O gás se expande porque a pressão do gás é infinitesimalmente maior que a pressão atmosférica e a do peso do pistão. Essa diferença de pressão faz com que o pistão inicie seu movimento;

5 Exemplos: Um conjunto cilindro pistão contém uma substância a 100°C e título de 90%. O pistão apresenta área de se ão transversal de 0,006 m2, massa de 90 kg e está travado por um pino. O pino é removido e espera-se que o si tema atinja o equi líbrio. Sabendo que a pressão atmosférica é de 100 kPa e que a temperatura no estado final ' de 10°C, determine: a) A pressão e o volume no estado final. b) O trabalho realizado pela substância.

6 Exemplos: 2) Um cilindro com área de cm 2 contém 2 kg de água e apresenta dois pistões. O suprimento de massa é de de 100 kg e inicialmente está encostado nos esbarros. O inferior tem massa desprezível e a mola está distendida quando o pistão interior está encostado no fundo do cilindro. O volume confinado é de 0,3 m3 quando o pistão inferior toca nos esbarros. No estado inicial a pressão é de 50 kPa e o volume é de 0,00206 m3. Transtere-se calor a água até que se obtenha vapor saturado. N essas condições obtenha: A temperatura e pressão na água para que o pistão superior inicie o movimento: A temperatura, pressão e volume específico no estado final e o Tbalho realizado pela água. Considere que o espaço entre os pistões é feito vácuo.

7 Trabalho Trabalho é a área sob o gráfico Pv.

8 Aula 06 Calor e Trabalho

9 CALOR O calor é a energia sendo transferida de um sistema a outro exclusivamente em virtude da Diferença de Temperaturas entre eles. Não é correto se afirmar que um corpo possui mais calor que outro, e tão pouco é correto afirmar que um corpo possui calor; os corpos (ou sistemas) possuem Energia Interna. O calor é uma das duas formas disponíveis para se transferir energia de um sistema a outro e expressa a quantidade de energia transferida através da fronteira comum aos sistemas. O calor descreve a energia transferida entre sistemas que não se pode ser associada à execução de um Trabalho Mecânico. O calor é geralmente simbolizado pela letra Q, por convenção, se um corpo recebe energia sob a forma de calor - o que leva a um aumento de sua energia interna U - o calor Q é positivo, e se um corpo cede energia sob a forma de calor - o que leva a uma redução de sua energia interna - o valor de Q é negativo. A unidade do Sistema Internacional (SI) para o calor é o JOULE (J), embora seja usualmente utilizada a caloria (cal; 1 cal = 4,18 J).

10 Quantidade de Calor Latente
Quantidade de energia térmica recebida ou cedida por um corpo, para exclusivamente mudar de estado físico. Calor Latente Indica a energia necessária para uma unidade de massa mudar de estado físico sem variar sua temperatura. (S.I) J/kg (prática) cal/g Unidade

11 Quantidade de Calor Latente
L > 0 – absorve calor durante a mudança L < 0 – cede calor durante a mudança 1g 80 cal

12 Quantidade de Calor Sensível
Quantidade de energia térmica recebida ou cedida por um corpo, para exclusivamente variar sua temperatura. Calor específico Indica a energia necessária para uma unidade de massa variar sua temperatura em uma unidade. Característica da substância (S.I) J/kg.K (prática) cal/g°C Unidade

13 Calor Específico Temperatura aumenta 1°C 1 cal

14 Capacidade Térmica A capacidade térmica informa a quantidade de energia necessária ceder ou receber por unidade de variação de temperatura.Característica do corpo. (S.I) J/K (prática) cal/°C Unidade

15 Princípio Fundamental

16 1º Princípio da Termodinâmico
Energia trocada com o meio externo na forma de calor Variação da energia interna(U) A energia interna do gás depende de sua temperatura.

17 Energia Interna Em Termodinâmica a Energia Interna de um sistema corresponde à soma das energias térmica e potencial (com destaque para a energia potencial elétrica) associadas às partículas que compõem um dado sistema termodinâmico. Em caso de sistemas fora do âmbito da Física Clássica deve-se incluir também como integrante da energia interna, em acordo com o princípio da equivalência massa energia, uma parcela de energia associada à massa deste sistema (E=mC²). Para sistemas clássicos esta parcela pode, entretanto, ser perfeitamente suprimida uma vez que neste caso a Lei da Conservação de Energia em seu sentido mais abrangente degenera-se em duas leis distintas, as leis clássicas da conservação da energia e a da conservação da massa.

18 1º Princípio da Termodinâmico
Energia trocada na forma de trabalho EXPANSÃO COMPRESSÃO

19 1º Princípio da Termodinâmico
Gráficos Área = Trabalho

20 Equação Geral do Gás Ideal
pressão constante volume constante temperatura constante

21 temperatura constante
Transformações temperatura constante Isotérmica

22 Transformações Volume constante Isométrica

23 Transformações Pressão constante Isobárica

24 Transformações Adiabática Não troca calor com o meio externo
Se caracteriza pela rapidez

25 Ciclo Termodinâmico Considere um cilindro com paredes laterais de material perfeitamente isolante com um êmbolo também isolante perfeito. O fundo do cilindro é de material perfeitamente condutor de calor e de massa desprezível. E, naturalmente, uma determinada massa de um gás ideal no interior. O gás só pode trocar calor através do fundo do cilindro. Há 3 discos móveis que podem ser postos em contato com o fundo do cilindro: • um disco fonte quente com temperatura TQ. • um disco fonte fria com temperatura TF. • um disco isolante térmico perfeito.

26 Ciclo Termodinâmico Inicialmente o gás tem um volume específico v1, como em (1). Se é usado o disco quente, ele se expande isotermicamente. Ao atingir o volume específico v2 de (2) da figura, retira-se o disco quente e coloca-se o disco isolante. Assim, a expansão continua, desta vez de forma adiabática, até atingir um volume específico v3, como em (3) da figura. Nesse ponto, coloca-se o disco frio e o gás deverá sofrer uma contração isotérmica. Em (4) da figura o gás atinge o volume específico v4, quando se insere o disco isolante e a contração deverá continuar de forma adiabática até o volume inicial v1, reiniciando o ciclo. Há, portanto, seqüências alternadas de transformações isotérmicas e adiabáticas. E o movimento do pistão produz um trabalho.