7_TERMODIN_MICA

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CURSOS DE ENGENHARIA
ARA0047 – FÍSICA 2
Leis da Termodinâmica
Lourdes Martins
Termodinâmica
• Estudo da transferência de energia através das relações entre
calor, energia e trabalho, analisando quantidades de calor
trocadas e os trabalhos realizados em um processo físico.
Conceitos da Termodinâmica
• Calor (Q): Energia térmica em transição. Isso acontece entre
corpos ou sistemas com diferença de temperatura, em busca de
um equilíbrio térmico.
• Q > 0: T aumenta
• Q < 0: T diminui
• Q = 0: não há troca de calor (transformação adiabática)
Conceitos da Termodinâmica
• Energia: Capacidade que um corpo possui de realizar trabalho.
• Energia interna (U) de um sistema: Soma de todas as energias
das partículas que compõem um gás.
• ∆U> 0: T aumenta
• ∆U< 0: T diminui
• ∆U = 0: não há variação de temperatura (transformação
isotérmica)
Energia Interna (U)
• Soma das energias cinética e potencial relacionadas ao
movimento dos átomos e moléculas constituintes de um corpo.
• A energia interna é diretamente proporcional à temperatura do
corpo.
• ∆U depende apenas do estado inicial e final.
1ª Lei da Termodinâmica
• A variação de energia interna (ΔU) equivale à diferença entre o
calor (Q) trocado pelo sistema com o meio externo e o trabalho
(W) realizado por ele.
Trabalho
• W > 0: V aumenta (expansão), sistema realiza trabalho.
• W < 0: V diminui (compressão), sistema recebe trabalho
• W = 0: não há trabalho (transformação isocórica)
Equação Geral dos Gases
Exercício 7.1
Um volume de 10 L de um gás perfeito teve sua pressão aumentada
de 1 para 2 atm e sua temperatura aumentada de -73 0C para +127 0C.
O volume final, em litros, alcançado pelo gás foi de:
Gabarito
Um volume de 10 L de um gás perfeito teve sua pressão aumentada
de 1 para 2 atm e sua temperatura aumentada de -73 0C para +127 0C.
O volume final, em litros, alcançado pelo gás foi de:
Equação dos Gases Perfeitos – Equação de Clapeyron
Transformação Isobárica
Transformação Isocórica
Transformação Isotérmica
Resumo
Exercício 7.2
Uma caixa de volume variável possui um gás ideal em seu interior.
Inicialmente o volume da caixa é 3 m3 e a pressão inicial do gás é
4000 Pa. O volume da caixa é reduzido para 1 m3 mantendo-se a
pressão constante. Neste processo o sistema recebeu, em módulo,
3000 J de calor. A variação da energia interna foi de:
Gabarito
Uma caixa de volume variável possui um gás ideal em seu interior.
Inicialmente o volume da caixa é 3 m3 e a pressão inicial do gás é
4000 Pa. O volume da caixa é reduzido para 1 m3 mantendo-se a
pressão constante. Neste processo o sistema recebeu, em módulo,
3000 J de calor. A variação da energia interna foi de:
Exercício 7.3
Ao encher um balão a pressão (em atm) e o volume (em litros)
variaram de acordo com o gráfico a seguir. Calcule a variação da
energia interna sabendo que o balão recebeu 500J de calor.
Gabarito
Ao encher um balão a pressão (em atm) e o volume (em litros)
variaram de acordo com o gráfico a seguir. Calcule a variação da
energia interna sabendo que o balão recebeu 500J de calor.
2ª Lei da Termodinâmica
• O calor não pode fluir, de forma espontânea, de um corpo de
temperatura menor, para um outro corpo de temperatura mais
alta.
• Não é possível que um dispositivo térmico tenha um rendimento
de 100%, ou seja, por menor que seja, sempre há uma quantidade
de calor que não se transforma em trabalho efetivo.
Transformações Cíclicas
2ª Lei da Termodinâmica
2ª Lei da Termodinâmica
Ciclo de Carnot – Rendimento Máximo
Ciclo de Carnot – Rendimento Máximo
Resumo
Resumo
Exercício 
• Dois gases em uma câmara fechada passa pelo ciclo
termodinâmico representado nos diagramas p x V das figuras a
seguir. O trabalho, em joules, realizado durante um ciclo para cada
diagrama é:
Gabarito 
Exercício 7.4 
• Qual o rendimento máximo teórico de uma máquina à vapor, cujo
fluido entra à 5600C e abandona o ciclo à 2000C.
Gabarito 
• Qual o rendimento máximo teórico de uma máquina à vapor, cujo
fluido entra à 5600C e abandona o ciclo à 2000C.
Exercício 7.5 
• Uma determinada máquina térmica deve operar em ciclo entre as
temperaturas de 270C E 2270C. Em cada ciclo ela recebe 1.000 cal
da fonte quente. O máximo de trabalho que a máquina pode
fornecer por ciclo ao exterior, em calorias, vale:
Gabarito 
• Uma determinada máquina térmica deve operar em ciclo entre as
temperaturas de 270C E 2270C. Em cada ciclo ela recebe 1.000 cal
da fonte quente. O máximo de trabalho que a máquina pode
fornecer por ciclo ao exterior, em calorias, vale:
3ª Lei da Termodinâmica - Entropia (S)
• Medida de desordem de um sistema isolado.
• Em sistemas isolados onde ocorrem processos irreversíveis, a
entropia aumenta sempre. A Entropia do universo tende sempre a
aumentar.
• A variação de Entropia (∆S) de um sistema que esteja passando por
transformação isotérmica é: