Calor e Trabalho Definição de trabalho mecânico: “produto escalar de uma força aplicada sobre um corpo ou sistema pelo deslocamento” Definição termodinâmica de trabalho: “Trabalho é realizado por um sistema se o único efeito sobre os arredores possibilitar o levantamento de um peso” requerida a relação funcional entre força e trabalho Definição do sinal do trabalho: (+) W é o trabalho feito pelo sistema (sistema perde energia) (-) W é o trabalho feito sobre o sistema (sistema ganha energia)

Suponha um sistema composto por fluido cujos limites são adiabáticos (sistema isolado). Em (b), a polia gira pela ação da queda de um peso e, como consequência, ocorre o aquecimento do fluido no sistema isolado (aumenta a temperatura). Houve transferência de calor? Em (a), substituindo-se o sistema isolado por outra polia, fica claro que o único efeito externo da iteração dos dois sistemas seria levantar o peso; trata-se, portanto, de trabalho. Qualquer processo que envolve só iterações de trabalho é definido como processo adiabático.

Trabalho Abiabático: Energia Potencial O trabalho necessário para mudar a posição de um corpo num caqmpo gravitacional: ad = adiabático Integrando: Temos então a energia potencial gravitacional, a qual é independente do processo realizado.

Trabalho adiabático: Energia Cinética O trabalho necessário para mudar a quantidade de movimento de um corpo,num campo de velocidades: Integrando: Temos então a energia cinética, a qual é independente do processo realizado.

Trabalho adiabático: Energia interna O trabalho necessário para mudar a energia sensível de um corpo: A integração de forças de natureza microscópica (forças de fusão nuclear, forças eletrostáticas, forças de atração mássica, forças de inércia ) relacionadas a um Campo de Temperaturas na forma de energias associadas é chamada de energia interna (u) Supondo que a energia interna é apenas função da temperatura (normalmente um fato com gases ideais): Integrando:

Portanto: Limite adiabático exclui qualquer iteração que não seja trabalho (isola o sistema). A lei de Newton combinada com o conceito de processo adiabático, permite obter as formas mecânicas da energia. energia total (E) de um sistema, será a somatória dos trabalhos adiabáticos realizados ou recebidos pelo sistema Etotal = E interna + E cinética + Epotencial + Eeletrostática + Emagnética + .... O conceito de trabalho freqüentemente está relacionado a formas específicas de uma quantidade chamada energia.

Interações entre Trabalho e Calor Trabalho realizado pela fronteira móvel de um sistema simples compressível em um processo quase-estático (composto por estados termodinâmicos de equilíbrio) O processo quase estático é um processo ideal e pode ser imaginado se retirarmos gradativamente pesos de massa infinitesimalmente pequena do pistão ou É necessário conhecer a relação entre pressão e volume! Conceito importante: Trabalho só pode ser identificado nas fronteiras do sistema.

Considerando como sistema o gás, contido num cilindro com êmbolo, sofrendo um processo de expansão quase-estático: (-) Trabalho realizado sobre o sistema (+) Trabalho realizado pelo sistema Podemos visualizar o trabalho realizado como a área debaixo do processo

: é usado para diferenciais inexatas (como trabalho) Verificamos através do gráfico acima que trabalho é função do caminho. Assim, trabalho é uma função de linha. Em outras palavras, é uma diferencial inexata. Propriedades termodinâmicas são funções de ponto, ou diferenciais exatas. Elas não dependem do caminho, ou seja: : é usado para diferenciais inexatas (como trabalho) d : é usado para diferenciais exatas (como volume) Para trabalho, escrevemos:

Há duas classes de problemas para a determinação de Soluções gráficas, e Relações funcionais entre p e V. Neste caso, um exemplo é o processo politrópico, onde: Esta solução não é válida para n = 1.

Trabalho em processos quase - estáticos realizados por gás ideal Processo isotérmico (T = cte):valido para gases ideais ou qualquer gas com coeficiente de compressibilidade diferente da unidade

Processo isobárico (Pressão = cte Processo isobárico (Pressão = cte.):valido para gas ideal ou qualquer gas ou fluido compressivel Qualquer processo realizado por um gás seja ideal ou não, pode ser representado por uma equação simples num diagrama p-v, isto é:

Portanto: Processo isotérmico(qualquer gás ): pv = cte; n = 1 Processo isobárico(qualquer gás): pv° = cte; n = 0 Processo isocórico(qualquer gás): pvºº = cte; n = 8

Problema ilustrativo Para o processo pv = cte, uma compressão de gás é desenvolvida de uma pressão inicial de 200 kPa até uma final de 800 kPa. Se o volume específico inicial é 0,1 m3/Kg, determine o trabalho por quilo de gás; Avalie este problema graficamente (área sob a curva pressão-volume) processo a pv=cte Dados: p1=200 "kpa" p2=800"kpa" v1=0,1"m^3/kg" Equações: p1*v1=p2*v2 W=p1*v1*ln(v2/v1) Resposta: