AULA 16

TERMODINÂMICA

1- INTRODUÇÃO

Neste capítulo estudaremos a relação entre duas formas de energiaem trânsito. Uma delas é o calor, energia térmica em trânsito, e a outraé o trabalho, energia mecânica em trânsito. O calor, já estudamosanteriormente e o trabalho será definido a seguir.

2- TRABALHO (t)

O trabalho será calculado por nós através do método gráfico.Veremos a seguir o cálculo do trabalho para uma transformaçãoqualquer reversível.

O trabalho realizado na transformação XY é numericamenteigual à área que vai desde a transformação XY até o eixo dosvolumes.

Veja o caso em que a pressão se mantém constante, ou seja, umatransformação isobárica.

Fazendo uma análise em uma transformação isobárica podemosverificar que o trabalho depende da variação de volume, isto é, se ovolume varia o sistema troca trabalho com o meio e se o volumepermanece constante o sistema não troca trabalho com o meio.

Quando o sistema se expande, ele empurra o meio externorealizando trabalho sobre o meio. O trabalho realizado épositivo, pois o volume do sistema está aumentando.

Quando o sistema sofre uma compressão, ele está sendocomprimido pelo meio externo e, portanto, recebendo trabalhodo meio. O trabalho recebido é negativo, pois o volume dosistema está diminuindo.

3- TRABALHO NAS TRANSFORMAÇÕES CÍCLICAS

Considerando o ciclo ABCDA, podemos observar que o trabalhorealizado pelo sistema é dado pela soma entre os trabalhos realizadosnas transformações AB e CD uma vez que os trabalhos nastransformações BC e DA são nulos, pois essas transformações sãoisocóricas (volume constante).

Note que na transformação AB o sistema sofre uma expandeisobárica (realiza trabalho) e na transformação CD o sistema sofre umacompressão isobárica (recebe trabalho).

Como o trabalho na transformação AB é a área A1 e o trabalho natransformação CD é a área A2 e lembrando que na expansão o trabalhoé positivo e na compressão o trabalho é negativo, temos:

21ciclo21cicloCDABciclo AA)A(A -=tfi-+=tfit+t=t

Observando as figuras acima, você nota que a diferença entre asáreas é igual a área do ciclo.

Quando o ciclo é percorrido no sentido horário, ele realizatrabalho sobre o meio externo. O trabalho realizado é positivo.

Quando o ciclo é percorrido no sentido anti-horário, ele estárecebendo trabalho do meio externo. O trabalho recebido énegativo.

4- ENERGIA INTERNA (U)

A energia interna de um gás se resume à soma das energias cinéticasde translação de cada molécula. A energia interna é diretamenteproporcional à temperatura absoluta do gás, e é dada pela expressãoabaixo:

T.R.n.23

U =

Como p.V=n.R.T, temos:

V.p.23

U =

A energia interna de um gás depende exclusivamente da temperaturaabsoluta do gás.

Podemos afirmar então que se a temperatura aumenta aenergia interna aumenta, se a temperatura diminui a energiainterna diminui e se a temperatura se mantém constante aenergia interna se mantém constante. Estas propriedades nãovalem para mudanças de estado.

5- PRIMEIRA LEI DA TERMODINÂMICA

A primeira lei ou primeiro princípio da Termodinâmica é o Princípio daConservação de Energia.

Considere um sistema recebendo calor. O calor recebido serátransformado integralmente em trabalho ou integralmente em energiainterna ou ainda um pouco do calor recebido será transformado emtrabalho e o restante em energia interna.

Considere uma transformação isotérmica. Nesta transformação osistema não sofre alteração na sua energia interna, portanto, todo calorrecebido será transformado integralmente em trabalho ou todo trabalhorecebido será transformado integralmente em calor.

Considere uma transformação isocórica. Nesta transformação osistema não troca trabalho com o meio externo, portanto, todo calorrecebido será transformado integralmente em energia interna ou todocalor cedido será proveniente da energia interna do sistema.

Considere uma transformação adiabática. Nesta transformação osistema não troca calor com o meio externo, portanto, todo trabalhorecebido será transformado integralmente em energia interna ou todotrabalho realizado será proveniente da energia interna do sistema.

EXERCÍCIOS

1- (UFL-PR) – Numa transformação gasosa reversível, adiminuição da energia interna é de 300J. Houve compressão e otrabalho realizado pela força de pressão do gás é, em módulo,200J. Então, é verdade que o gása) cedeu 500J de calor ao meio.b) cedeu 100J de calor ao meio.c) recebeu 500J de calor do meio.d) recebeu 100J de calor do meio.e) sofreu uma transformação adiabática.

2- (UFLA-MG) – Abaixo temos o diagrama pV, que mostra umatransformação isotérmica de 1 mol de um gás perfeito.

A área hachurada mede:a) a variação da pressão.b) a variação da energia interna.c) o trabalho realizado pelo gás.d) o calor cedido pelo gás.e) o calor específico sensível do gás a temperatura constante.

3- (UFES) – Um gás é submetido ao processo ABC indicado nográfico p x V. O trabalho total realizado pelo gás, nesse processo,é:a) 4 p0V0 b) 6 p0V0 c) 9 p0V0 d) -4 p0V0

e) -9 p0V0

4- (UNIP-SP) – O gráfico abaixo representa a pressão emfunção do volume para um mol de um gás perfeito. O gás vai doestado A para o estado B segundo a transformação indicada nográfico. Assinale a opção correta:a) a transformação indicada é isotérmica;b) a área assinalada na figura mede a variação de energia internado gás;c) na transformação de A para B o gás recebe um calor Q, realizaum trabalho t, de modo que t=Q ;

d) a transformação de A para B é adiabática porque não houveacréscimo de energia interna do gás;

pressão

volume1V 2V

1p

2p

A B

C

0V 0V3

0p

0p3

0

pressão

volume

e) a área assinalada na figura não pode ser usada para se mediro calor recebido pelo gás.

5- (ACAFE-SC) – Um gás ideal recebe calor e fornece trabalhoapós uma das transformações:a) adiabática e isobárica b) isométrica e isotérmica c)isotérmica e adiabática d) isobárica eisotérmica e) isométrica e adiabática

RESPOSTAS

1. ALTERNATIVA A2. ALTERNATIVA C3. ALTERNATIVA B4. ALTERNATIVA C5. ALTERNATIVA D

b4b

a4

a

0

p

V