Marcos Germano Degenhardt
IntroduçãoIntroduçãoIntroduçãoIntroduçãoQuando um móvel se desloca sobre uma superfície com atrito, há necessidade de um constante fornecimento de energia para manter o movimento.
F F F F F F F F F F F
Durante todo o movimento a velocidade permaneceu
constante, logo, o trabalho realizado pela força F não aumentou a energia do móvel, sendo então, dissipada.
IntroduçãoIntroduçãoIntroduçãoIntroduçãoO que aconteceu com a energia recebida pela realização do trabalho?
Transformou-se em energia térmica e com isso aqueceu o corpo. Desta forma:
ετ
ConceitoConceitoConceitoConceitoTermodinâmica é a parte da física que estuda as relações recíprocas entre um trabalho realizado e a corresponde variação da energia térmica do sistema.
F F F F F F F F F
Conceitos básicosConceitos básicosConceitos básicosConceitos básicosHá a necessidade de se compreender alguns dos termos que serão utilizados:
– Sistema e Fronteira– Estado Termodinâmico– Trabalho– Energia– Calor
Sistema e FronteiraSistema e FronteiraSistema e FronteiraSistema e FronteiraA região isolada do espaço, cujas características devem ser estudas, sem qualquer influência externa é o que se chama de
Já a superfície que separa o meio externo, quer seja real, quer imaginária, denomina-se de
ExemploExemploExemploExemplo
Meio Externo
Sistema
Fronteira
A figura a seguir ilustra um sistema:
Classificação dos Classificação dos SistemasSistemas
Classificação dos Classificação dos SistemasSistemas
Os sistemas são classificados em:– Sistemas Abertos
– Sistemas Fechados
– Sistemas Isolados
Sistema AbertoSistema AbertoSistema AbertoSistema AbertoÉ o sistema que permite que através de sua fronteira hajam trocas com o meio externo de matéria e energia
Meio Externo
Sistema
Fronteira
Sistema FechadoSistema FechadoSistema FechadoSistema FechadoNeste caso, o sistema troca apenas energia com o meio externo, a massa não é trocada.
Meio Externo
Sistema
Fronteira
Sistema IsoladoSistema IsoladoSistema IsoladoSistema IsoladoNeste sistema não há trocas, nem de energia, nem de massa, com o meio externo.
Meio Externo
Sistema
Fronteira
Estado Estado TermodinâmicoTermodinâmico
Estado Estado TermodinâmicoTermodinâmico
Corresponde às condições que caracterizam um sistema, em termos de:
– pressão– volume– temperatura– densidade
TransformaçõesTransformaçõesTransformaçõesTransformaçõesSe uma das características de um sistema sofre uma
variação, então diz-se que houve uma transformaçãoChama-se de processo termodinâmico, ao modo pelo qual ocorreu a variação de uma das características de um estado.
Estado Inicial Estado Final
pi
Vi
Ti
pfVf
Tf
Processo
Termodinâmico
TrabalhoTrabalhoTrabalhoTrabalhoNa termodinâmica, trabalha-se com gases, logo, são estes quem realizam trabalho.
Calcula-se o trabalho que um gás realiza por:
Vp .τ
Onde:
τ é o trabalho realizado/recebido
p é a pressão em que o gás se encontra
V é o aumento/redução do volume do gás
Unidades de MedidaUnidades de MedidaUnidades de MedidaUnidades de Medida
Grandeza Símbolo Medida
Trabalho τ Joule (J)
Pressão p Pascal (Pa)
Volume V metros cúbicos (m3)
Caso as unidades não estejam coerentes, elas devem ser transformadas para as unidades acima.
Gráfico do TrabalhoGráfico do TrabalhoGráfico do TrabalhoGráfico do Trabalho Ao se trabalhar com gases, representa-se em gráficos a forma de como a pressão e o volume interagem:
p0
V0 V1
V(m3
)
p(Pa)
Característica do gráfico Característica do gráfico p x Vp x V
Característica do gráfico Característica do gráfico p x Vp x V
No gráfico pressão versus volume (p x V) o trabalho pode ser obtido pela área do mesmo, sob a linha que representa a transformação.
p0
V0 V1
V(m3
)
p(Pa)
Árean
τ
ConvençõesConvençõesConvençõesConvençõesDurante uma transformação o gás, seu volume pode aumentar ou diminuir, caracterizando o trabalho.
Caso o volume
AumenteO Trabalho será positivo e realizado pelo gás
Diminua O Trabalho será negativo e recebido pelo gás
Trabalho realizadoTrabalho realizadoTrabalho realizadoTrabalho realizado•Ocorre quando o volume do gás aumenta•Recebe sinal positivo
p0
V0 V1
V(m3
)
p(Pa)
p1
Árean
τ
Trabalho recebidoTrabalho recebidoTrabalho recebidoTrabalho recebido•Ocorre quando o volume do gás diminui•Recebe sinal negativo
p(Pa)
p0
V0 V1
V(m3
)
p1
Árean
τ
ExemploExemploExemploExemploO gás contido no recipiente ao lado sofre uma transformação, sob pressão de 200 Pa, aumentando seu Volume de 1 m3 para 5 m3. Qual o trabalho realizado na transformação?Dados: p = 200 Pa V0 = 1 m3 V = 5 m3
Solução
J 800τ
1)-200(5τ
)(τ
.τ
0
VVp
Vp
EnergiaEnergiaEnergiaEnergiaEsta associada ao movimento das partículas do gás:
– Quanto maior a temperatura absoluta, maior a velocidade e maior a energia das moléculas;
– Quanto menor a temperatura absoluta, menor a velocidade e menor a energia das moléculas.
A energia é uma função A energia é uma função exclusiva da temperatura exclusiva da temperatura
absoluta das moléculas do gásabsoluta das moléculas do gás
Cálculo da EnergiaCálculo da EnergiaCálculo da EnergiaCálculo da EnergiaCalcula-se a energia de um sistema por:
T23 kE
Onde
E é a energia medida em Joules
k é a constante de Boltzmann
T é a temperatura absoluta, medida em Kelvin
KJ2310.38,1 k
Cálculo da EnergiaCálculo da EnergiaCálculo da EnergiaCálculo da EnergiaPara se determinar o aumento da energia de um sistema, utiliza-se:
TR23 nE
Onde
E é a energia medida em Joules
n é o número mols do gás
R é a constante universal dos gases perfeitos
T é a temperatura absoluta, medida em Kelvin
mol.KJ31,8R
ConvençõesConvençõesConvençõesConvençõesDurante uma transformação o gás, sua temperatura pode aumentar ou diminuir, caracterizando a variação da energia.
Caso a termperatura
AumenteA variação da energia será positiva
Diminua A variação da energia será negativa
ExemploExemploExemploExemploUma amostra gasosa encontra-se a temperatura de 127 ºC. Qual a energia interna das partículas deste gás?
Dados: T = 127 ºC => 400 K
Solução
JE
E
kE
21
2323
23
10.28,8
400.10.38,1.
T
ExemploExemploExemploExemploA temperatura de 3 moles de um gás perfeito é aumentada de 27 ºC para 227 ºC. Qual o aumento da energia interna deste gás?
Dados: T0 = 27 ºC => 300 K T1 = 227 ºC => 500 K
n = 3 mol R = 8,31 J/mol.K
Solução
J7479
)300500.(31,8.3.
TR
23
23
E
E
nE
CalorCalorCalorCalorÉ a energia em trânsito entre corpos que apresentam entre si uma diferença de temperatura.
No momento em que as temperaturas se igualam, cessa a transferência de energia e os corpos atingiram o equilíbrio térmico.
MedidasMedidasMedidasMedidasUma quantidade de calor pode ser medida de duas formas: a do Sistema Internacional ou por uma unidade prática.
Medida Unidade
Sistema Internacional Joule [J]
sistema prático Caloria [cal]
J 186,4 cal 1
ExemploExemploExemploExemploUm gás recebe 500 cal em forma de calor. Quanto calor foi recebido em Joules?
Dados: Q = 500 cal
Solução
J20931
186,4.500
cal500
J186,4cal1
x
x
x
ConvençõesConvençõesConvençõesConvençõesUm sistema gasoso pode ceder ou receber calor
Caso o sistema
Receba Seu sinal será positivo
Ceda Seu sinal será negativo
Leis da Leis da TermodinâmicaTermodinâmica
Leis da Leis da TermodinâmicaTermodinâmica
O estudo da termodinâmica esta assentado em três leis:– Lei zero da Termodinâmica– Primeira Lei da Termodinâmica– Segunda Lei da Termodinâmica
Lei Zero da Lei Zero da TermodinâmicaTermodinâmica
Lei Zero da Lei Zero da TermodinâmicaTermodinâmica
• Trata do equilíbrio térmico entre os corpos• Anula as trocas de calor e energia quando os corpos
atingem a mesma temperatura.
Se dois corpos A e B estão em equilíbrio térmico com
um corpo C, então A e B estão em equilíbrio térmico entre si.
RepresentaçãoRepresentaçãoRepresentaçãoRepresentação
Sistema
A B
C
Primeira Lei da Primeira Lei da TermodinâmicaTermodinâmicaPrimeira Lei da Primeira Lei da TermodinâmicaTermodinâmica
Trata do balanceamento energético entre as quantidades de energia interna e externa trocadas durante uma transformação, permanecendo constante durante todo o processo. Daí decorrem:
A energia do Universo é constante
A energia não pode ser criada e nem destruída, tão somente transformada de um tipo em outro
DefiniçãoDefiniçãoDefiniçãoDefiniçãoToda vez que um sistema recebe uma quantidade de energia, parte dela será devolvida sob forma de um trabalho desenvolvido e outra parte o sistema assimilará para si.
RepresentaçãoRepresentaçãoRepresentaçãoRepresentaçãoPode-se observar
ConceitoConceitoConceitoConceito
EQ τOnde
é o trabalho trocado do gás com o meio
Q é a quantidade de calor trocada pelo gás com o meio
E é o variação da energia interna do gás
A quantidade de calor trocada com o meio corresponde à soma do trabalho realizado pelo gás com o aumento de
sua energia térmica
ExemploExemploExemploExemploUma amostra de gás recebe uma quantidade Q de calor, o que faz com que o gás se expanda e produza um trabalho de 1500 J e sua energia interna aumente em 3000 J. Quanto calor o gás recebeu?
Dados: Q = ? cal E = 3000 J e = 1500 J
Solução
J4500
J3000J1500
τ
Q
Q
EQ