TERMODINÂMICA

Lei zero da termodinâmica Se A está em equilíbrio térmico com B, e A também está em equilíbrio térmico com C, podemos concluir que B está em equilíbrio térmico com C. A B B C A C

Conceitos iniciais Trabalho realizado por um gás "A termodinâmica estuda as relações entre energia térmica (calor) trocada e energia mecânica (trabalho) realizada numa transformação de um sistema e o resto do Universo (que denominamos meio exterior)." Trabalho realizado por um gás

Em um sistema termodinâmico quem exerce a força é o gás e o deslocamento é feito pelo embolo ao sofrer variação de volume. Portanto o trabalho termodinâmico é expresso pela equação: Trabalho pela área Propriedade: "O trabalho é numericamente igual à área, num gráfico da pressão em função da variação do volume."

Energia Interna A energia total de um sistema é composta de duas parcelas: a energia externa e a energia interna. Energia externa: são devidas as relações que ele guarda com seu meio exterior: a energia cinética e a energia potencial gravitacional. Energia interna: relaciona-se com suas condições intrínsecas. É basicamente dada pela soma das energias em grande parte energia potencial, energia cinética e energia de rotação de todas as moléculas que compõem o gás, dada pela expressão abaixo. A figura representa o sistema de movimento das partículas

1ª LEI DA TERMODINÂMICA Estabelece a equivalência entre energia térmica (calor) e energia mecânica (trabalho), baseando-se no princípio da conservação de energia que diz: “A energia não pode ser criada nem destruída, mas somente transformada de uma espécie em outra”.

Balanço das Energias Q (absorvido) > 0 Q ( cedido) < 0 Não troca calor Q= 0 (transf. adiabática) ΔU = -   (expansão) > 0  (compressão) < 0 não realiza nem recebe trabalho  = 0 (transf. isométrica) ΔU = Q ΔU >0 , temperatura aumenta ΔU <0 , temperatura diminui ΔU = 0 , transformação isotérmica, Q = 

2ª LEI DA TERMODINÂMICA

Processos reversíveis e irreversíveis FOTOS: FABIO YOSHIHITO MATSUURA/CID

Transformações cíclicas Em qualquer transformação cíclica: T = 0 e, portanto,  U = 0.

Transformações cíclicas De acordo com a primeira lei da termodinâmica, se nos ciclos U = 0, então Q = . Se, durante o ciclo, o gás realiza trabalho, este deve receber calor de uma fonte. Se, durante o ciclo, for realizado trabalho sobre o gás, este cede calor ao meio.

Segunda Lei da Termodinâmica energia térmica sob a forma de calor é transferida espontaneamente de um corpo com maior temperatura para um corpo com menor temperatura, e o contrário não acontece naturalmente. Máquina Térmica

A formulação de Kelvin-Planck do Segundo Princípio da Termodinâmica Clausius “É impossível construir uma máquina térmica que, operando num ciclo, não produza nenhum efeito além da absorção de calor de um reservatório e da realização de uma quantidade igual de trabalho” Kelvin-Planck É impossível a construção de uma máquina que, operando em um ciclo termodinâmico, converta toda a quantidade de calor recebido em trabalho É impossível construir uma máquina que trabalhe com rendimento de 100%

IMPORTANTE “A primeira lei proibe a criação ou destruição da energia; enquanto a segunda lei limita a disponibilidade da energia e os modos de conservação e de uso da energia, mostrando possíveis transformações de energia.”

Máquinas térmicas Motor de explosão

Ciclo de Carnot: rendimento máximo Nicolas Léonard Carnot demonstrou teoricamente que o ciclo que possibilita rendimento máximo é reversível, e desenvolveu um ciclo especial para calcular o rendimento máximo que uma máquina térmica poderia ter.

Diagrama PV para o ciclo de Carnot AB: Tranformação isortérmica. O sistema absorve calor Q. B  C: Expansão adiabática C  D: Compressão isotérmica. O sistema libera Q. D  A: Compressão adiabática. O trabalho líquido realizado máq., é igual ao calor líquido recebido num ciclo. Observe que para o ciclo Carnot mostrou que Rendimento térmico da máquina de Carnot 17

Máquinas frigoríficas: transformação de trabalho em calor A transferência de calor de uma fonte fria a outra quente só é possível graças ao trabalho realizado por um agente externo. ZHONG CHEN/SHUTTERSTOCK

Máquinas frigoríficas: transformação de trabalho em calor Eficiência de uma máquina frigorífica: Eficiência máxima de uma máquina frigorífica: 4 Segunda lei da termodinâmica

3ª Lei da Termodinâmica Entropia Mede a desordem de um sistema isolado A entropia do Universo tende sempre a aumentar. A variação de entropia S de um sistema que esteja passando por transformação isotérmica é:

Entropia O umidificador evaporativo promove evaporação da água, que retira energia do ar e resfria o ambiente. O processo é irreversível. EUTOCH/SHUTTERSTOCK GERMANY FENG /SHUTTERSTOCK