Prof. Marcos G Degenhardt Termodinâmica Prof. Marcos G Degenhardt

Introdução Os primeiros registros de “inventos” que utilizam o calor para gerar algum tipo de movimento ou trabalho estão associados à Heron, da cidade de Alexandria.

Introdução São dignas de menção duas das suas invenções: o eolipílio e a porta automática do templo da deusa Diana.

Introdução O eolipílio era um dispositivo contendo um liquido – água – que ao ser elevada à vaporização fazia com que o mesmo entrasse em rotação.

Introdução A porta do templo, que abria automaticamente após a chama ser acesa sobre o altar em homenagem à deusa da fertilidade: Diana.

Introdução Muito tempo passou até que a utilização do fogo e do vapor fosse utilizado para a realização de trabalhos, inicialmente a extração de água de minas de carvão, na máquina de Thomas Savery.

Introdução A máquina de Thomas Savery, basicamente injetava vapor num cilindro, depois o cilindro era resfriado o que produzia uma redução de pressão, que sugava a água do fundo da mina.

Máquina de Thomas Savery em funcionamento. Introdução Máquina de Thomas Savery em funcionamento.

Introdução A próxima melhoria da foi realizada por Thomas Newcomen. O vapor produzido era introduzido no cilindro, empurrando o êmbolo para cima, em seguida era injetada água fria que puxava o êmbolo para baixo novamente.

Máquina de Newcomen em funcionamento. Introdução Máquina de Newcomen em funcionamento.

Introdução James Watt, aperfeiçoou ainda mais a máquina, reutilizando a água injetada no cilindro, resfriando-a.

Máquina de James Watt em funcionamento. Introdução Máquina de James Watt em funcionamento.

Introdução James Hargreaves, elabora a fiandeira, primeiro passo para os teares da revolução industrial.

Introdução O francês Nicolas Cugnot adaptou uma máquina térmica a um chassis e inventou o automóvel que atingia 3,2 km/h e que, segundo lenda bateu num muro.

Introdução Em seguida, Richard Trevithick, adaptou uma máquina a vapor sobre uma plataforma, criando a locomotiva.

Introdução Não muito tempo depois, Robert Fulton adaptou a máquina a vapor a um barco, criando o navio à vapor.

Introdução Após estas invenções, o vapor passou a ser mundialmente utilizado, e as máquinas aperfeiçoadas.

Trabalho Quando um gás se expande, por receber calor, o trabalho realizado depende de quanto o volume do gás aumentou. Volume Inicial Volume Final

Trabalho Se o volume do gás: Aumentar  o gás realiza trabalho (+) Diminuir  o gás recebe trabalho ( – )

Cálculo do Trabalho Utiliza-se: Onde: W = Trabalho (Joules) [J] p = pressão (Pascal ou Newton/metro2) [Pa] V = volume (metros3) [m3]

Exemplo Um recipiente contém 150 litros de ar sob pressão de 1 atm. Que trabalho o gás realiza se ele for aquecido e o volume aumentar para 200 litros?

Solução Dados: V0 = 150 l = 0,15 m3 V = 200 l = 0,2 m3 p = 1 atm = 100 000 Pa. 0,15 m3

Trabalho em Transformações Quaisquer Num gráfico pressão x volume, o trabalho realizado por uma transformação corresponde à área sob a linha do gráfico. Área

Exemplo Dada a transformação representada pelo gráfico ao lado. Determinar o trabalho realizado na transformação de A a C

Solução Inicialmente se observa que a figura pode ser repartida em duas partes – duas áreas: Área 2 Área 1

Solução A área 1 corresponde a um trapézio, logo: Área 1

Solução A área 2 corresponde a um retângulo, logo: Área 2

Solução O trabalho total corresponde à soma de todas as áreas, logo:

Transformações Particulares Transformação Isobárica Transformação Isométrica Transformação Isotérmica Transformação Adiabática

Trabalho Transformação Isobárica Nesta transformação a pressão se mantém constante. O trabalho é calculado por:

Exemplo O gráfico abaixo representa no trecho AB uma transformação isobárica. Qual o trabalho realizado pelo gás?

Solução O trabalho realizado pelo gás corresponde à área sob o gráfico. Então:

Trabalho Transformação Isométrica Nesta transformação o volume se mantém constante. O trabalho é nulo.

Exemplo O gráfico abaixo representa no trecho BC uma transformação isométrica. Qual o trabalho realizado pelo gás?

Solução O trabalho realizado pelo gás corresponde à área sob a linha BC. Então:

Trabalho Transformação Isotérmica Nesta transformação a temperatura se mantém constante. O trabalho é calculado por:

Exemplo O gráfico abaixo uma transformação isotérmica de 5 mols, que ocorre sob temperatura de 500K. Qual o trabalho realizado pelo gás?

Solução Dos dados: n = 5 mols R = 8,31 J/mol.K T = 500 K V1 = 1 m3