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-2- A PRIEMEIRA LEI OS CONCEITOS. Liberação de Energia proporciona Calor Trabalho (mecânico) Trabalho Elétrico Sistema + Vizinhança = UNIVERSO.

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1 -2- A PRIEMEIRA LEI OS CONCEITOS

2 Liberação de Energia proporciona Calor Trabalho (mecânico) Trabalho Elétrico Sistema + Vizinhança = UNIVERSO

3 Sistema Aberto Sistema Fechado Sistema Isolado

4 Sistema aberto : fronteiras permeáveis à passagem de matéria Sistema fechado : fronteiras impermeáveis à passagem de matéria Podem trocar Energia com a Vizinhança Sistema isolado : não tem contato mecânico, nem térmico com suas vizinhanças

5 Trabalho Deslocamento de um corpo contra uma força que se opõe ao deslocamento Expansão de uma gás que empurra um pistão Reação química que gera corrente elétrica

6 TrabalhosMecânico De Estiramento GravitacionalExpansão Expansão superfícial Eletroquímico w = F ext dl w = F ext dl w = k l dl w = k l dl w = mg dl w = mg dl w = P ext dV w = P ext dV w = dA w = dA w = V dQ w = V dQ = I V dt = I V dt F ext = força externa l = deslocamento kl = tensão l = deslocamento m = massa g = constante gravitacional l = deslocamento P ext = pressão externa V = volume = tensão superficial = tensão superficial A= área V = diferença de potencial V = diferença de potencial Q = quantidade de eletricidade I = corrente elétrica t = tempo

7 Energia do sistema : capacidade de gerar trabalho Pode ser modificada fazendo trabalho no sistema (compressão do gás) sem envolver trabalho, mas calor: aquecimento aumento de P aumento da energia do sistema

8 Uma fronteira que não permite a transferência de energia sob forma de calor é uma fronteira ADIABÁTICA

9 c) Processo endotérmico : o sistema absorve energia na forma de calor d) Processo exotémico : o sistema cede energia na forma de calor Fronteiras adiabáticas a) processo endotérmico T b) processo exotérmico T Fronteiras diatérmicas T= Cte

10 Energia Interna: U Função de estado: depende do estado no qual o sistema está, não do modo que chegou U = U final - U inicial

11 Variável extensiva Unidade SI para Calor, Trabalho e Energia Interna é Joule ou J 1 J = 1 kg m 2 s -2 U em geralmente expressa em kJ mol -1 Energia Interna: U

12 Conservação da Energia Sistema w efetuado sobre o sistema q calor transferido para o sistema U = q + w 1 a Lei da Termodinâmica A variação da Energia Interna de um sistema fechado é igual à à energia que passa, como calor ou trabalho, através de suas fronteiras Sistema isolado (q = 0, w =0) e U = 0 ou U = Cte

13 Trabalho e Calor Modificações Infinitesimais dU = dq + dw Trabalho de Expansão dw = - P ex dV sinal - informa que a energia interna de um sistema que efetua o trabalho diminua** * * Expressões que dependem das convenções adotadas

14 Fluxo de energia visto a partir da perspectiva do sistema Discussão sobre as convenções w w q U > 0 U < 0 w > 0 q > 0 w < 0 q < 0 q Fluxo de energia visto a partir da perspectiva da vizinhança w w > 0 q > 0 q a locomotiva a locomotiva U = q - w U = q + w

15 Discussão sobre as convenções U = q + w a partir da perspectiva da vizinhançaa partir da perspectiva do sistema U = q - w Trabalho de Expansão A energia interna de um sistema que efetua o trabalho diminui (Pilla) (Atkins) A vizinhança ganha energia sob forma de trabalho O Sistema cede energia sob forma de trabalho w de expansão O SISTEMA PRODUZ TRABALHO

16 Expansão Reversível Expansão Reversível P exp = P sistema Modificações infinitesimais (Atkins)

17 Expansão Reversível, isotérmica Expansão Reversível, isotérmica para um gás perfeito PV = nRT P = nRT/V Expansão V f > V i ln V f /V i > 0 e w < 0 (Atkins)

18 Trocas Térmicas dU = dq + dw exp + dw e dw exp : expansão dw e : extra (elétrico) se V = cte, dw exp = 0 se dw e = 0 dU = dq ou dU = dq v U = q v

19 Calorimetria - Medida de U Se C = cte do calorímetro Volume constante sistema adiabático q = C T

20 Capacidade calorífica q v = C v T C p - C v = n R

21 Entalpia dU = dq + dw exp se V cte Uma parte do calor recebido pelo sistema retornas às vizinhanças sob forma de trabalho

22 H = U + PV dH = dU + d(PV) dH = dq + dw + P dV + VdP Se w é de expansão dw = - PdV dH = dq + VdP Se aquecimento a P = cte dH = dq p H = q p Entalpia : calor fornecido para fazer um trabalho de expansão a P = cte

23 ENTALPIA se q fornecido ao sistema: o sistema é endotérmico H > 0 se q liberado pelo sistema: o sistema é exotérmico H < 0

24 Capacidade calorífica a pressão cte dH = C p dT Se C p = cte no intervalo de temperatura H = C p T ou q p = C p

25 Transformações Adiabáticas Volume Temperatura ViVi VfVf TfTf TiTi U constante U = C v T T i, V i T i, V f T f, V f (1) temperatura cte U = 0 (1) (2) (2) U = C v (T f - T i ) = C v T transformação adiabática q = 0 U = q + w W ad = C v T

26 Termoquímica Estudo do calor liberado ou absorvido por reações químicas Lei de Kirchhoff Quando a temperatura se eleva, as entalpias padrões dos produtos e dos reagentes aumentam, mas numa extensão diferentes (depende da C p das substâncias)


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