Termodinâmica - Leis

ENERGIA INTERNA DE UM GÁS IDEAL (U) É a soma das energias cinéticas médias das moléculas do gás e, para uma certa massa gasosa, depende apenas da temperatura absoluta do gás (escala Kelvin). U = Σ ECINÉTICA MÉDIA U α TABSOLUTA

TROCAS DE ENERGIA EM UMA TRANSFORMAÇÃO GASOSA Q UFINAL UINICIAL DU P0 V0 T0 P1 V1 T1 W

TROCAS DE ENERGIA EM UMA TRANSFORMAÇÃO GASOSA ΔU = UFINAL - UINICIAL (Variação da Energia Interna) - só depende dos estados inicial e final da transformação considerada Se: ΔU > 0, teremos: UFINAL > UINICIAL → AQUECIMENTO (TI > T0) Se: ΔU < 0, teremos: UFINAL < UINICIAL → RESFRIAMENTO (TI < T0)  Se: ΔU = 0, teremos: UFINAL = UINICIAL → (TI = T0)

TROCAS DE ENERGIA EM UMA TRANSFORMAÇÃO GASOSA Calor (Q) e Trabalho (W): São processos através dos quais podemos variar a temperatura de um sistema, variando sua Energia Interna (U). Q UFINAL UINICIAL DU P0 V0 T0 P1 V1 T1 W

TROCAS DE ENERGIA EM UMA TRANSFORMAÇÃO GASOSA Um sistema pode trocar Calor e/ou Trabalho com a vizinhança, seguindo as seguintes convenções: Q > 0 → O gás recebe energia na forma de calor da vizinhança. Q < 0 → O gás perde energia na forma de calor da vizinhança. Q = 0 → O gás não troca energia na forma de calor com a vizinhança. Transformação Adiabática: expansões ou compressões bruscas, rápidas.

TROCAS DE ENERGIA EM UMA TRANSFORMAÇÃO GASOSA WGÁS > 0 → Expansão (VI > V0) → O gás perde energia na forma de trabalho para a vizinhança. O gás realiza trabalho sobre o meio. WGÁS < 0 → Compressão (VI < V0) → O gás recebe energia na forma de trabalho da vizinhança. O meio realiza trabalho sobre o gás. WGÁS = 0 → Isovolumétrica (V = CONST.) → O gás não troca energia na forma de trabalho com a vizinhança.

TROCAS DE ENERGIA EM UMA TRANSFORMAÇÃO GASOSA Em uma transformação gasosa qualquer, o trabalho realizado pelo gás corresponde à área do gráfico p x V e, especificamente, em uma transformação sob pressão constante (isobárica), podemos calcular o trabalho realizado pela expressão: W = P.ΔV

Um gás ideal, em um estado inicial i, pode ser levado a um estado final f por meio dos processos I, II e III, representados neste diagrama de pressão versus volume: Seja WI, WII e WIII os módulos dos trabalhos realizados pelo gás nos processos I, II e III, respectivamente. Com base nessas informações, é CORRETO afirmar que A) WI < WII < WIII WI = WII = WIII WI = WII > WIII WI > WII > WIII

1ª LEI DA TERMODINÂMICA Feitas as considerações anteriores, podemos afirmar que:   ΔU = Q – W Equação que representa a chamada 1ª Lei da Termodinâmica, que é apenas uma lei de conservação de energia.

Uma seringa, com extremidade fechada, contém uma certa quantidade de ar em seu interior. Sampaio puxa, rapidamente, o êmbolo dessa seringa, como mostrado nesta figura: Considere o ar como um gás ideal. Sabe-se que, para um gás ideal, a energia interna é proporcional à sua temperatura. Com base nessas informações, é CORRETO afirmar que, no interior da seringa, A pressão do ar aumenta e sua temperatura diminui. A pressão do ar diminui e sua temperatura aumenta. A pressão e a temperatura do ar aumentam. A pressão e a temperatura do ar diminuem.

Um cilindro é fechado por um êmbolo que pode se mover livremente Um cilindro é fechado por um êmbolo que pode se mover livremente. Um gás, contido nesse cilindro, está sendo aquecido, como representado nesta figura: Como base nessas informações, é CORRETO afirmar que, nesse processo, A pressão do gás aumenta e o aumento da sua energia interna é menor que o calor fornecido. A pressão do gás permanece constante e o aumento da sua energia interna é igual ao calor fornecido. A pressão do gás aumenta e o aumento da sua energia interna é igual ao calor fornecido. A pressão do gás permanece constante e o aumento da sua energia interna é menor que o calor fornecido.

TRANSFORMAÇÕES CÍCLICAS Ciclo Motor: WCICLO é positivo (mais trabalho na expansão do que na compressão do gás).

TRANSFORMAÇÕES CÍCLICAS Ciclo Refrigerador: WCICLO é negativo (mais trabalho na compressão do que na expansão do gás).

TRANSFORMAÇÕES CÍCLICAS

ΔUCICLO = QCICLO – WCICLO TRANSFORMAÇÕES CÍCLICAS 1ª Lei da Termodinâmica aplicada a um ciclo: ΔUCICLO = QCICLO – WCICLO Mas, como em um ciclo o gás sempre retorna ao estado inicial, teremos: ΔUCICLO = 0, ou seja: QCICLO = WCICLO O calor trocado entre o gás e a vizinhança em um ciclo é igual ao trabalho realizado nesse ciclo.

QCICLO = |QRECEBIDO | - |QCEDIDO | TRANSFORMAÇÕES CÍCLICAS QCICLO = |QRECEBIDO | - |QCEDIDO | Ciclo Motor: WCICLO é positivo, logo QCICLO também será positivo. Isso significa que em um Ciclo Motor, o gás recebe mais calor da fonte quente do que cede a fonte fria. Ciclo Refrigerador: WCICLO é negativo, logo QCICLO também será negativo. Isso significa que em um Ciclo Refrigerador, o gás cede mais calor para a fonte quente do que recebe da fonte fria.

TRANSFORMAÇÕES CÍCLICAS Rendimento de um motor: =(Trabalho)/(Calor Recebido FONTE QUENTE) Eficiência de um refrigerador:  = (Trabalho) / (Calor Recebido FONTE FRIA)

2ª LEI DA TERMODINÂMICA É impossível que uma máquina térmica qualquer, operando em ciclo, receba calor de uma fonte quente e execute uma quantidade equivalente de trabalho sem gerar qualquer efeito em suas vizinhanças ou ambiente, ou seja, sem ceder calor a uma fonte fria.

A MÁQUINA PERFEITA EXISTE? Sim, mas não tem rendimento 100%. Sadi Carnot, engenheiro francês, entendeu em 1824 que no máximo poderia ser: Domínio público

A MÁQUINA PERFEITA EXISTE? Com a temperatura medida em Kelvin (lembre que TK = TC + 273) Note que η sempre será < 1, ou seja, menor que 100%, pois Tf<Tq. Tq Calor Tf trabalho

Como é essa máquina? Deve operar no ciclo: (ciclo de Carnot) AB: isotérmica BC: adiabática CD: isotérmica DA: adiabática