termodinâmica

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.

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

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

Cálculo do Trabalho(W) W=F.d {p=F/A→F=p.A V h W=p.A.d{V=A.h→A=V/h W=p.V.h {d=h h V↑→ W+(real. pelo gás) W=p.(Vf – Vi) V↓→W-(real. sobre o gás)

Unidades no SI p → N/m2 = Pa V → m3 W → J (joule) *Nota 1 atm = 1,(013) x 105 Pa 1.000 L = 1 m3 ou 1 L = 10-3 m3

Trabalho pelo Gráfico p W=A N W V0 V V

Exemplo: Num processo a pressão constante de 1,0 Exemplo: Num processo a pressão constante de 1,0.105 Pa, um gás aumenta o seu volume de 9.10-6 m3 para 14.10-6 m3. O trabalho realizado pelo gás, em joules, é de: 0,5; b) 0,7; c) 0,9; d) 1,4; e) 2,1.

W = p.V W = p.(Vf – Vi) W = 1x105(14x10-6 – 9x10-6) W = 105 x 5 x 10-6 W = 5 x 10-1 W = 0,5 J

Variação da Energia Interna 1a Lei da Termodinâmica 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 1a Lei ΔU = Q - W ΔU = U2 – U1 Variação da Energia Interna

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.

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

Transformações Gasosas Variáveis de estado Variáveis de estado p1 V1 T1 U1 p2 V2 T2 U2 Estado 1 Transformação Estado 2

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

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

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

AB→Exp. Adiabática=>W+=> U= -W => U- => T↓ BA→Comp. Adiabática=>W-=> U= -W => U+ => T↑ ***Este princípio é fundamental em refrigeração!!!

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 0,50m3, sob pressão média de 100N/m2, 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.

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

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

TRANSFORMAÇÕES CÍCLICAS p A B p2 N W=ACICLO W p1 C D U=Q - W V0 V V + Q = W -

Veja uma demonstração breve, visto que nos processos isométricos (BC E DA) não há trabalho. W+ D C p1 W- V0 V V V0 V V

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.

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

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/m2 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

Máquinas Térmicas Transformam calor em trabalho.

Máquinas Térmicas MT Q → W Prof. Humberto Física W (En. Útil) Q1 Fonte Quente (T1) MT Q2 Fonte Fria (T2 )

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

Prof. Humberto Física 2aLei da Termodinamica ***η → rendimento

A Máquina Ideal de Carnot Prof. Humberto Física Duas isotermas (AB e CD) Duas adiabáticas (BC e DA) A Máquina Ideal de Carnot T1 T2 T1 >T2 Princípio de Carnot "Nenhuma máquina térmica real, operando entre 2 reservatórios térmicos T1 e T2 , pode ser mais eficiente que a "máquina de Carnot" operando entre os mesmos reservatórios"

Q1 T1 Q2 T2

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 1a. Lei da termodinâmica. b) possui um rendimento nulo. c) viola a 2a. Lei da termodinâmica. d) possui um rendimento de 10%. funciona de acordo com o ciclo de Carnot.

Máquinas Frigoríficas Prof. Humberto Física Máquinas Frigoríficas W → Q W (En. motriz) Q1 Fonte Quente (T1) MF Q2 Fonte Fria (T2 )

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

Ciclo Refrigerador 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