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

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1 TERMODINÂMICA

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

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

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

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

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

8 Transformação P1V1T1U1P1V1T1U1 P2V2T2U2P2V2T2U2 Estado 1Estado 2 Transformação Variáveis de estado

9 Processos Durante a transformação Isotérmicotemperatura constante Isobáricopressão constante Isovolumétricovolume constante AdiabáticoÉ nula a troca de calor com a vizinhança.

10 Transformações 1 a Lei da Termodinâmica ΔU = U 2 – U 1 Variação Energia Interna τ > 0 energia que sai do sistema τ < 0 energia que entra no sistema Q > 0 calor que entra no sistema Q < 0 calor que sai do sistema 1 a Lei Q = τ + ΔU Sistema Fechado τ

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

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

13 Q = τ + U τ depende de como a pressão e volume mudam no processo. V = V 2 -V 1 τ = p. V

14 1ª Lei da Termodinâmica U = Q - τ Transformação a pressão constante Processo isobárico τ

15 Processo isovolumétrico 1ª Lei da Termodinâmica U = Q Transformação a volume constante V = 0 τ = 0

16 U = 0 T=0 Processo Isotérmico Transformação a temperatura constante 1ª Lei da Termodinâmica Q = τ τ

17 Q = 0 O processo ocorre tão rapidamente que o sistema não troca calor com o exterior. Processo adiabático 1ª Lei da Termodinâmica U = - τ τ

18 Trabalham em ciclos. Máquinas Térmicas

19 Fonte quente Fonte fria Trabalho Ciclo De onde a máquina retira calor Q Hot. Para onde a máquina rejeita calor Q Cold A máquina de Denis Papin

20 Em cada ciclo Eficiência térmica: 1ªLei τ τ = Q1 – Q2

21 Ciclo Refrigerador

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23 Quando expandimos um gás, sua pressão diminui, assim como sua temperatura. Por um cano fino que passa pelo interior da geladeira, um gás É solto e se expande a baixa pressão. Nessa expansão, a temperatura do gás diminui. Com isso, o gás retira calor do ambiente que está a sua volta, ou seja, do interior da geladeira.

24 Um compressor que está na geladeira comprime o gás (freon, em geral) que se encontra numa câmara. Atrás da geladeira existe outro cano, fino e comprido, por onde o gás sai do interior da geladeira. Ele libera o calor para a atmosfera, para novamente repetir o processo.

25 1) ADMISSÃO A válvula de admissão se abre, a mistura de ar+combustível entra no cilindro enquanto o pistão (ou êmbolo) desce. 2) COMPRESSÃO A válvula de admissão se fecha, o pistão sobe, comprimindo no alto do cilindro a mistura ar+combustível. Como essa é uma compressão muito rápida, não há tempo de haver troca de calor entre a mistura combustível e o ambiente, isto é, trata-se de uma compressão adiabática e por causa disso, a temperatura da mistura aumenta. 3) EXPLOSÃO A vela de ignição dispara uma centelha elétrica provocando a combustão rápida (explosão) da mistura ar+combustível. Essa explosão gera calor e a conseqüente expansão dos gases dentro do cilindro, empurrando para baixo o pistão. Note que, dos quatro tempos, esse é o tempo em que há realização de trabalho feito pelo gás. 4) DESCARGA (OU EXAUSTÃO) A válvula de descarga se abre enquanto o pistão sobe empurrando o gás queimado (fumaça) para fora do cilindro.

26 O rendimento da Máquina de Carnot No ciclo: U=0 τ = Q 1 - Q 2 η = τ /Q 1 = [Q 1 -Q 2 ]/Q 1 = 1 - Q 2 /Q 1 Q 2 /Q 1 = T 2 /T 1 η = (1 - Q 2 /Q 1 ) = (1 - T 2 /T 1 ) η = 1 - T 2 /T 1 BC e DA = adiabáticas Ciclo reversível A máquina ideal de Carnot

27 Princípio de Carnot "Nenhuma máquina térmica real, operando entre 2 reservatórios térmicos T 1 e T 2, pode ser mais eficiente que a "máquina de Carnot" operando entre os mesmos reservatórios"

28 Transformações máquinas térmicas - Diagrama PV


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