-2- A PRIEMEIRA LEI OS CONCEITOS.

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1 -2- A PRIEMEIRA LEI OS CONCEITOS

2 Calor Trabalho (mecânico) Trabalho Elétrico
Liberação de Energia proporciona Calor Trabalho (mecânico) Trabalho Elétrico Sistema + Vizinhança = UNIVERSO

3 Sistema Aberto Sistema Fechado Sistema Isolado

4 Podem trocar Energia com a Vizinhança
Sistema aberto: fronteiras permeáveis à passagem de matéria Sistema fechado: fronteiras impermeáveis à passagem de matéria Podem trocar Energia com a Vizinhança Sistema isolado: não tem contato mecânico, nem térmico com suas vizinhanças

5 Trabalho Deslocamento de um corpo contra uma força que se opõe ao deslocamento Expansão de uma gás que empurra um pistão Reação química que gera corrente elétrica

6 Trabalhos Mecânico dw = Fext dl Fext = força externa l = deslocamento
De Estiramento Gravitacional Expansão Expansão superfícial Eletroquímico dw = Fext dl dw = k l dl dw = mg dl dw = - Pext dV dw = g dA dw = DV dQ = I DV dt Fext = força externa l = deslocamento kl = tensão m = massa g = constante gravitacional Pext = pressão externa V = volume g = tensão superficial A= área DV = diferença de potencial Q = quantidade de eletricidade I = corrente elétrica t = tempo

7 Energia do sistema : capacidade de gerar trabalho
Pode ser modificada fazendo trabalho no sistema (compressão do gás) sem envolver trabalho, mas calor: aquecimento  aumento de P  aumento da energia do sistema

8 Uma fronteira que não permite a transferência de energia sob forma de calor é uma fronteira ADIABÁTICA

9 T= Cte Fronteiras adiabáticas Fronteiras diatérmicas
a) processo endotérmico T b) processo exotérmico T Fronteiras diatérmicas c) Processo endotérmico : o sistema absorve energia na forma de calor d) Processo exotémico : o sistema cede energia na forma de calor T= Cte

10 Energia Interna: U DU = Ufinal - Uinicial Função de estado:
depende do estado no qual o sistema está, não do modo que chegou

11 Energia Interna: U Variável extensiva Unidade SI para
Calor , Trabalho e Energia Interna é Joule ou J 1 J = 1 kg m2 s-2 DU em geralmente expressa em kJ mol-1

12 Conservação da Energia
w efetuado sobre o sistema Sistema q calor transferido para o sistema 1a Lei da Termodinâmica DU = q + w A variação da Energia Interna de um sistema fechado é igual à à energia que passa, como calor ou trabalho, através de suas fronteiras Sistema isolado  (q = 0, w =0) e DU = 0 ou U = Cte

13 * * * * Trabalho e Calor Modificações Infinitesimais dU = dq + dw
Trabalho de Expansão dw = - Pex dV sinal - informa que a energia interna de um sistema que efetua o trabalho diminua * Expressões que dependem das convenções adotadas

14 Discussão sobre as convenções
Fluxo de energia visto a partir da perspectiva do sistema w w DU > 0 DU < 0 q q w > 0 q > 0 w < 0 q < 0 DU = q + w Fluxo de energia visto a partir da perspectiva da vizinhança q w w > 0 q > 0 “ a locomotiva” DU = q - w

15 Discussão sobre as convenções
(Pilla) (Atkins) DU = q - w DU = q + w O SISTEMA PRODUZ TRABALHO a partir da perspectiva da vizinhança a partir da perspectiva do sistema w de expansão w de expansão Trabalho de Expansão A energia interna de um sistema que efetua o trabalho diminui A energia interna de um sistema que efetua o trabalho diminui A vizinhança “ganha” energia sob forma de trabalho O Sistema “cede” energia sob forma de trabalho

16  Pexp = Psistema Modificações infinitesimais Expansão Reversível
(Atkins)

17  para um gás perfeito PV = nRT P = nRT/V
Expansão Reversível, isotérmica para um gás perfeito PV = nRT P = nRT/V  Expansão Vf > Vi ln Vf /Vi > e w < 0 (Atkins)

18 Trocas Térmicas DU = qv dU = dq + dwexp + dwe dU = dq ou dU = dqv
dwexp : expansão dwe : extra (elétrico) dU = dq + dwexp + dwe se V = cte , dwexp = 0 se dwe = 0 dU = dq ou dU = dqv DU = qv

19 Calorimetria - Medida de DU
Volume constante sistema adiabático Se C = cte do calorímetro q = C DT

20 Capacidade calorífica
qv = Cv DT Cp - Cv = n R

21 Entalpia dU = dq + dwexp se V  cte
Uma parte do calor recebido pelo sistema retornas às vizinhanças sob forma de trabalho

22 H = U + PV dH = dU + d(PV) dH = dq + VdP dH = dqp DH = qp
dH = dq + dw P dV + VdP Se w é de expansão dw = - PdV dH = dq + VdP Se aquecimento a P = cte dH = dqp DH = qp Entalpia : calor fornecido para fazer um trabalho de expansão a P = cte

23 ENTALPIA se q fornecido ao sistema: o sistema é endotérmico DH > 0
se q liberado pelo sistema: o sistema é exotérmico DH < 0

24 Capacidade calorífica a pressão cte
dH = Cp dT Se Cp = cte no intervalo de temperatura DH = Cp DT ou qp = Cp DT

25 Transformações Adiabáticas
(1) temperatura cte  DU = 0 U constante Ti Ti , Vf (1) Ti , Vi (2) DU = Cv(Tf - Ti) = Cv DT (2) Temperatura DU = Cv DT DU = q + w Tf Tf , Vf transformação adiabática  q = 0 Vi Vf Volume Wad = Cv DT

26 Termoquímica Lei de Kirchhoff
Estudo do calor liberado ou absorvido por reações químicas Lei de Kirchhoff Quando a temperatura se eleva, as entalpias padrões dos produtos e dos reagentes aumentam, mas numa extensão diferentes (depende da Cp das substâncias)