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Termodinâmica é a ciência que trata das trocas de energia entre um sistema e o meio externo, ou seja, as trocas de calor e trabalho.

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2 Termodinâmica é a ciência que trata das trocas de energia entre um sistema e o meio externo, ou seja, as trocas de calor e trabalho.

3 Energia Interna de um Gás Só depende da temperatura absoluta (Kelvin) do gás. U=>T => U+ U =>T => U- Uconst. => T const. =>ΔU = 0

4 Como p.V = n.R.T podemos ter

5 W=F.d {p=F/AF=p.A W=p.A.d{ V=A.hA= V/h W=p. V.h {d=h h V W + (real. pelo gás) VW - (real. sobre o gás) V h Cálculo do Trabalho(W) W=p.(V f – V i )

6 Unidades no SI p N/m 2 = Pa V m 3 W J (joule) *Nota 1 atm = 1,(013) x 10 5 Pa L = 1 m 3 ou 1 L = m 3

7 Trabalho pelo Gráfico p V V0V0 V W W=A N

8 Exemplo: Exemplo: Num processo a pressão constante de 1, Pa, um gás aumenta o seu volume de m 3 para m 3. O trabalho realizado pelo gás, em joules, é de: a)0,5; b) 0,7; c) 0,9; d) 1,4; e) 2,1.

9 W = p. V W = p.(V f – V i ) W = 1x10 5 (14x10 -6 – 9x10 -6 ) W = 10 5 x 5 x W = 5 x W = 0,5 J

10 1 a Lei da Termodinâmica ΔU = U 2 – U 1 Variação da Energia Interna W > 0 energia mec. que sai do sistema W < 0 energia mec que entra no sistema Q > 0 calor que entra no sistema Q < 0 calor que sai do sistema 1 a Lei ΔU = Q - W

11 Exemplo: Exemplo: Uma certa amostra gasosa recebe 500 cal de calor trocado com o meio externo e realiza um trabalho igual a 200 cal. A variação de sua energia interna será igual a: a) 300 cal; c) 2,5 cal; b) 700 cal; d) 0,4 cal.

12 W- Sistema recebe energia W+ Sistema gasta energia ***Note que o sinal do trabalho recebido é o contrário do calor recebido. Q+ (recebido) Q- (cedido) W- (compressão) Gás W + (expansão)

13 Transformações Gasosas p1V1T1U1p1V1T1U1 p2V2T2U2p2V2T2U2 Estado 1Estado 2 Transformação Variáveis de estado

14 Q+ (recebido) Gás W + (expansão) TRANSFORMAÇÕES ISOTÉRMICAS T const. => Uconst. => U =0 U = Q - W Q = W Q- (cedido) W- (compressão) OU

15 As transformações isotérmicas devem ser lentas, para que o gás troque calor na mesma medida que troca trabalho. Recebe CalorPerde Calor

16 Gás W + (expansão) TRANSFORMAÇÕES ADIABÁTICAS Q = 0 => U = Q - W U = -W W- (compressão) OU Ocorrem sem que haja trocas de calor entre o sistema e o meio externo. Isto geralmente é obtido num processo rápido.

17 T>T> TW + => U= -W => U - => T BA Comp. Adiabática=>W - => U= -W => U + => T ***Este princípio é fundamental em refrigeração!!!

18 Uma porção de gás ideal está contida num cilindro com pistão móvel, conforme representa a figura abaixo. Supondo-se que o deslocamento do pistão da posição 1 para a posição 2 representa uma transformação adiabática e que a variação de volume durante o deslocamento do pistão é de 0,50m 3, sob pressão média de 100N/m 2, pode-se concluir que: a) o gás esfria e sua energia interna diminui de 50J. b) o gás esfria e sua energia interna diminui de 100J. c) o gás aquece e sua energia interna aumenta de 50J. d) o gás aquece, mas a quantidade de energia interna não se altera. e) a temperatura do gás não varia.

19 Q+ (recebido) Gás TRANSFORMAÇÕES ISOCÓRICAS V const. => W = 0 U = Q - W U = Q Q- (cedido) OU

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21 O gráfico abaixo representa a variação de energia interna de 1 mol de determinado gás, a volume constante, em função da sua temperatura. A variação de energia interna, a quantidade de calor absorvida e o trabalho realizado pelo gás são, respectivamente: a) 3,0 kcal, 2,0 kcal, nulo b) 2,0 kcal, 2,0 kcal, 4,18 J c) 2,0 kcal, 2,0 kcal, nulo d) 2,0 kcal, 3,0 kcal, 4,18 J

22 TRANSFORMAÇÕES CÍCLICAS p V V0V0 V W W=A CICLO N p2p2 p1p1 U=Q - W Q = W + - AB C D

23 p V V0V0 V W+W+ p2p2 p V V0V0 V W-W- p1p1 Veja uma demonstração breve, visto que nos processos isométricos (BC E DA) não há trabalho. AB CD

24 Uma amostra de gás ideal sofre as transformações mostradas no diagrama pressão x volume, ilustrado abaixo. Observe-o bem e analise as afirmativas abaixo, apontando a opção CORRETA: a) A transformação AB é isobárica e a transformação BC, isométrica. b) O trabalho feito pelo gás no ciclo ABCA é positivo. c) Na etapa AB, o gás sofreu compressão e, na etapa BC, sofreu expansão. d) O trabalho realizado sobre o gás na etapa CA foi de 8 J. e) A transformação CA é isotérmica.

25 U = Q - W Q =0 ADIABÁTICA ( U = -W) W =0 ISOCÓRICA ( U = Q) U =0 ISOTÉRMICA ( Q = W) PRIMEIRA LEI DA TERMODINÂMICA

26 Um cilindro com pistão, de volume igual a 2,0 litros, contém um gás ideal. O gás é comprimido adiabaticamente sob pressão média de 1000N/m 2 até que o volume atinja o valor de 0,20 litros. A variação da energia interna do gás, em J, durante a compressão é a)1,8 b) 2,0 c) 200 d) 1800 e) 2000

27 Máquinas Térmicas Transformam calor em trabalho.

28 Prof. Humberto Física Máquinas Térmicas Q W Q 1 Fonte Quente (T 1 ) Q 2 Fonte Fria (T 2 ) W (En. Útil) MT

29 2 ª Lei da Termodinâmica: É impossível construir uma máquina térmica que, trabalhando entre duas fontes térmicas, transforme integralmente calor em trabalho. Enunciado de Claussius da 2 ª Lei O calor não flui espontaneamen- te da fonte fria para a fonte quente.

30 Prof. Humberto Física 2 a Lei da Termodinamica ***η rendimento

31 Prof. Humberto Física A Máquina Ideal de Carnot Duas isotermas (AB e CD) Duas adiabáticas (BC e DA) 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" T1T1 T2T2 T 1 >T 2

32 Q1Q1 T2T2 T1T1 Q2Q2

33 Um folheto explicativo sobre uma máquina térmica afirma que ela, ao receber 1000 cal de uma fonte quente, realiza 4186 J de trabalho. Sabendo que 1 cal eqüivale a 4,186 J e com base nos dados fornecidos, pode-se afirmar que esta máquina: a) viola a 1 a. Lei da termodinâmica. b) possui um rendimento nulo. c) viola a 2 a. Lei da termodinâmica. d) possui um rendimento de 10%. funciona de acordo com o ciclo de Carnot.

34 Prof. Humberto Física Máquinas Frigoríficas W Q Q 1 Fonte Quente (T 1 ) Q 2 Fonte Fria (T 2 ) W (En. motriz) MF

35 Prof. Humberto Física Eficiência ε ***A eficiência não é expressa em percentual.

36 Refrigerador 12: compressão adiabática em um compressor 23: processo de rejeição de calor a pressão constante 34: estrangulamento em uma válvula de expansão (com a respectiva queda de pressão) 41: absorção de calor a pressão constante, no evaporador Ciclo Refrigerador

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