TERMODINÂMICATERMODINÂMICA

PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE SÃO PAULOPONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE SÃO PAULOPROGRAMA SUPLEMENTAR FOCO VESTIBULAR PROGRAMA SUPLEMENTAR FOCO VESTIBULAR

FÍSICA AULA 7 FÍSICA AULA 7

IntroduçãoIntrodução

• No início, ocupou-se do estudo dos processos que permitiam converter calor em trabalho

calor força,movimento

TERMODINÂMICA

IntroduçãoIntrodução

Temperatura

Grandeza física escalar que mede o grau de agitação molecular de

um corpo.

Calor Forma de transferência de energia entre os corpos de maior para os

de menor temperatura.

ESTUDO DOS GASES: ISOTERMAESTUDO DOS GASES: ISOTERMA

Lei de Boyle-Mariotte: transformações isotérmicas de uma gás a temperatura constante

Exemplo: Seringa de volume v1 sujeita a um gás p1. Se a pressão for dobrada tem-se que o volume reduz-se a metade.

ISOBÁRICAISOBÁRICA

Lei de Gay-Lussac: transformações isobáricas de um gás sob pressão constante.

Exemplo: Massa Gasosa contida em um cilindro provido de um êmbolo móvel sob pressão p constante da atmosfera

ISOCÓRICAS OU ISOMÉTRICASISOCÓRICAS OU ISOMÉTRICAS

Lei de Charles: transformações de um gás a volume constante.

Aumentando a temperatura de um gás a volume constante aumenta a pressão, caso diminua a temperatura a pressão também diminui.

Equação geral do gás idealEquação geral do gás ideal

1 1 2 2

1 2

P.V P .VT T

=

pressão constante V Tµ

volume constante P Tµ

temperatura constante 1P

Vµ

<< http://www.fisica.ufpb.br/~romero/objetosaprendizagem/Rived/15aTranstermo/animacao/anim.html >>

Variações de pressão, temperatura

e volume

ADIABÁTICAADIABÁTICA

transformação adiabática é aquela em que não há trocas de energia térmica entre o sistema e o meio exterior. Embora o gás não estabeleça trocas de energia térmica com o sistema externo, durante o processo a pressão, o volume, a temperatura e a energia interna do gás variam, não permanecendo nenhuma dessas grandezas constante.

PRINCÍPIOS DA TDPRINCÍPIOS DA TDA Termodinâmica é Baseada em Princípios Estabelecidos Experimentalmente

• O Princípio Zero Termodinâmica – é a base para a medição de temperatura

• O Primeiro Princípio da Termodinâmica – conservação da energia e da conservação da massa

• O Segundo Princípio da Termodinâmica – determina o aspecto qualitativo de processos em sistemas físicos, isto é, os processos ocorrem numa certa direcção mas não podem ocorrer na direcção oposta

IntroduçãoIntroduçãoTrabalho: Na Física, o termo é utilizado quando falamos no Trabalho realizado por uma força, ou seja, o Trabalho Mecânico. Uma força aplicada em um corpo realiza um trabalho quando produz um deslocamento no corpo.

Energia: Energia é a capacidade de executar um trabalho.Energia mecânica é aquela que acontece devido ao movimento dos corpos.

TRABALHOTRABALHO

Realização Trabalho Energia•Toda vez que existir uma diferença térmica entre dois

corpos, existe um potencial para fluxo de calor;

•A velocidade do fluxoserá dependente da natureza

e da condutividade térmica dos materiais;

CALOR SENSÍVELCALOR SENSÍVEL

Quantidade de calor sensível

Quantidade de energia térmica recebida ou cedida por um corpo, para exclusivamente variar sua temperatura.

SQ m.c. T= ∆

IntroduçãoIntrodução Calor Específico (c) é uma grandeza que caracteriza a facilidade ou dificuldade de um determinado material variar sua temperatura quando troca energia na forma de calorUnidade: cal/g.°C ou J/kg.K

http://www.if.ufrgs.br/cref/leila/calor.htm

Capacidade térmica (C) de um corpo depende de sua massa e do material que o constitui. É a quantidade de energia que devemos fornecer ao corpo para que sua temperatura varie de um valor unitário. Unidade: cal/°C ou J/K

IntroduçãoIntroduçãoQuantidade de calor latente

Quantidade de energia térmica recebida ou cedida por um corpo, para exclusivamente mudar de estado físico.

SQ m.L=Calor Latente Indica a energia necessária para uma unidade de massa mudar de estado físico sem variar

sua temperatura.

Unidade(S.I) J/kg

(prática) cal/g

IntroduçãoIntroduçãoO PRIMEIRO PRINCÍPIO DA TERMODINÂMICA

Lei da conservação da energia: a energia em um sistema pode manifestar-se sob diferentes formas como calor e trabalho.

•A energia pode ser interconvertida de uma forma para outra, mas a quantidade total de energia do universo, isto é, sistema

mais meio externo, conserva-se.

A ENERGIA INTERNA DE UM SISTEMA ISOLADO É CONSTANTE

Variação na energia interna

do sistema

Calor trocado

pelo sistema

Trabalho realizado

pelo sistema

wqU +=∆

2ª LEI DA TERMODINÂMICA2ª LEI DA TERMODINÂMICA

As usinas geradoras de eletricidade transformam energia mecânica de rotação do eixo da turbina em energia elétrica.

• Como é produzido o movimento de rotação de uma turbina a vapor?

•Numa usina termoelétrica a energia se conserva?

•E uma usina termonuclear, como funciona?

É impossível realizar um processo cujo único efeito seja a produção de trabalho às custas da energia na forma de calor retirada de uma única fonte térmica

TeoriaTeoria

http://www.fisica.ufpb.br/~romero/objetosaprendizagem/Rived/15bCarnot/animacao/anim.html

ObjetivosObjetivosMáquinas são dispositivos nos quais geralmente

ocorrem transformações de Energia para o benefício do homem

Energia (Q) Trabalho (W)

Segundo a 1ª Lei da Termodinâmica:∆U= ∆W+ ∆Q

∆U= Variação da Energia Interna do Sistema;∆W= Trabalho realizado pelo combustível;∆Q= Energia do combustível;

Utilizado para estudar as transformações em um cicloUnidade: Joules onde 1 cal= 4,184 J

hQWe /=hc QQe /1−=

TeoriaTeoria

A máquina opera num ciclo: ∆U= 0

ch QQW −=

Qc < 0, portanto e< 1

Exemplos de máquinas térmicasExemplos de máquinas térmicas

•Máquinas á Vapor;

• Termonuclear

•Motores de Combustão;

Máquinas á VaporMáquinas á Vapor• Em cada etapa, o vapor ou a água sofreram alterações de pressão, volume e temperatura;

• Energia provém da queima do combustível, variando a energia interna;

• Realização de trabalho que irá girar o eixo da turbina

TermonuclearTermonuclear• Calor provindo do Reator que utiliza urânio (U 235) para gerar o vapor;

• Núcleo Contém pastilhas de Urânio colocadas em hastes metálicas;

• Reação Nuclear: Átomo e Urânio é quebrado quando um neutron se choca com seu núcleo (fissão nuclear);

Motores de CombustãoMotores de Combustão

Link simulação: http://cref.if.ufrgs.br/~leila/motor4t.ht

m

• Formados por blocos de ferro ou alumínio fundido que contém camaras de combustão onde estão os cilindros, os quais movem os pistôes;• Cada Pistão está articulado á Virabrequim através de uma biela (movimento aos pistões)

Gráfico Ciclo completo do

motor