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07/05/2015

1

FÍSICO-QUÍMICA

\ufffd Turma: 3001

\ufffd Código: CCE 0191

\ufffd Professora: Daniela Sayão

\ufffd E-mail: danisayao@hotmail.com

Termodinâmica
\ufffd 1ª Lei da Termodinâmica

\ufffd Lei da Conservação de Energia

\ufffd A energia não é criada nem destruída, mas sim
transformada

\ufffd A energia interna de um sistema isolado é constante

\ufffd Exige que a energia do universo permaneça constante
(antes e após a transformação)

\ufffd Não fala nada sobre a preferência de direção de um
processo

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Termodinâmica
\ufffd Existem 2 tipos de transformações:

\ufffd Espontânea \u2013 aquela que pode ocorrer sem que seja feito
trabalho para provocá-la \u2013 tem uma tendência natural de
ocorrer

\ufffd Não espontânea \u2013 aquela que só pode ocorrer se fizer
trabalho \u2013 não tem nenhuma tendência natural a ocorrer.

\ufffd As transformações não espontâneas podem ser levadas a ocorrer,
mas é necessário que seja feito trabalho

Uma situação bem conhecida

Mas...

\u2026é possível transferir Q de volta
do ar frio para o café quente?

Q é transferido do café quente para
o ar frio

Tcafé > Tar

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Termodinâmica
\ufffd Na transformação espontânea, o sentido natural da

mudança corresponde à dispersão mais desordenada da
matéria

\ufffd Os processos naturais só podem ocorrer em um sentido
preferencial

\ufffd Os processos naturais (espontâneos) são irreversíveis

Um gás se expande ocupando
todo o recipiente onde ele está,
mas ele não irá se contrair de
repente para um volume menor.

Termodinâmica
\ufffd Os processos que ocorrem num único sentido são

chamados de irreversíveis. A chave para a compreensão de
por que processos unidirecionais não podem ser invertidos
envolve uma grandeza conhecida como entropia.

ENTROPIA (S) \u2013 está
associada com o grau
de organização de um
sistema (grau de
desordem)

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Processos Reversíveis e Irreversíveis

\ufffd Um processo reversível é aquele no qual o sistema
pode retornar as suas condições iniciais pelo mesmo
caminho e no qual cada ponto ao longo da trajetória
é um estado de equilíbrio

\ufffd Um processo que não satisfaça essas exigências é
irreversível

\ufffd A maioria dos processos naturais é irreversível

OBS: Se um processo real ocorrer muito lentamente, de tal forma
que o sistema esteja sempre muito próximo do equilíbrio, esse
processo pode ser considerado como reversível

Termodinâmica

\ufffd 2ª Lei da Termodinâmica

A ENTROPIA do universo tende a aumentar

\ufffd O universo tem uma tendência natural de se deslocar na
direção de maior caos

\ufffd O reconhecimento da existência de processos espontâneos
e não espontâneos se deu a partir do estudo e
desenvolvimentos de máquinas térmicas (Ciclo de Carnot)

T
QS rev=\u2206

A variação de entropia é igual a energia
transferida reversivelmente como calor,
dividida pela temperatura na qual a
transferência ocorre.

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Termodinâmica
\ufffd 2ª Lei da Termodinâmica

\ufffd A segunda lei da termodinâmica é essencialmente diferente
da primeira lei, pois trata de uma questão sobre a qual a
primeira lei nada diz, que é a da direção tomada por um
processo natural

\ufffd Carnot conclui que o fato experimental de que o calor
sempre flui de um corpo a uma temperatura maior para
um corpo a uma temperatura menor (e não vice-versa) é o
responsável pela ineficiência das máquinas térmicas

\ufffd O objetivo de Carnot era saber qual a máxima quantidade
de trabalho mecânico que poderia ser obtida a partir de
uma dada quantidade de calor.

Termodinâmica
\ufffd Máquina Térmica

\ufffd Absorve calor de 1 fonte de
temperatura mais alta, realiza
trabalho mecânico e rejeita calor
a 1 temperatura mais baixa

\ufffd Opera em ciclos:

\ufffd Calor é transferido de uma fonte a
uma temperatura mais elevada;

\ufffd trabalho é feito pela máquina;

\ufffd calor é lançado pela máquina para
uma fonte a uma temperatura mais
baixa

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Termodinâmica

\ufffd Princípio de Kelvin - Planck

\ufffd É impossível construir uma
máquina térmica que, operando
em um ciclo, não produza
nenhum efeito além da absorção
de calor de um reservatório e da
realização de uma quantidade
igual de trabalho

\ufffd É impossível construir uma
máquina que trabalhe com
rendimento de 100%

Termodinâmica

Fonte quente

Calor
Fluxo de
energia

Trabalho
Máquina
térmica

\ufffd Gases se expandem;
corpos quentes se esfriam
até a temperatura
ambiente; reações têm
sentidos preferenciais. A
que conclusão se chega
então?

\ufffd 2ª Lei da Termodinâmica:

\u201cNão é possível um processo
no qual há a absorção de
calor de um reservatório e
este é totalmente convertido
em trabalho.\u201d (Kelvin)

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Termodinâmica

\ufffd Máquina Térmica

\ufffd Pelo Princípio de Conservação de
Energia:

21 QwQ += 21 QQw \u2212=

1Q
w

=\u3b7
1

21
Q

QQ \u2212
=\u3b7

1

21 Q
Q

\u2212=\u3b7

\ufffd Rendimento \u2013 é a razão entre a potência útil
produzida pela máquina térmica e a potência
total de calor fornecida a máquina térmica
pela fonte quente

Termodinâmica
\ufffd Máquina de Combustão Interna

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Termodinâmica
\ufffd Máquina de Combustão Interna

Termodinâmica
\ufffd Ciclo Otto

Diagrama pV de um Ciclo Otto,
modelo do ciclo idealizado de um
motor a gasolina

Rendimento médio deste tipo de
motor = 30 a 35%

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Termodinâmica

\ufffd Ciclo de Carnot

\ufffd Expansão isotérmica

\ufffd Expansão adiabática

\ufffd Compressão isotérmica

\ufffd Compressão adiabática

As linhas finas representam as
isotermas e as linhas grossas
representam as adiabáticas
(processos com transferência
de calor igual a zero)

Termodinâmica

\ufffd Ciclo de Carnot

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Termodinâmica
\ufffd Ciclo de Carnot

1

21
T
T

\u2212=\u3b7

1

21 Q
Q

\u2212=\u3b7

1

2

1

2

T
T

Q
Q

= Q1 \u2013 energia térmica recebida da fonte fria (J)
Q2 \u2013 energia térmica recebida da fonte quente (J)
T1 \u2013 temperatura da fonte quente (K)
T2 \u2013 temperatura da fonte fria (K)

As quantidades de calor trocadas
das fontes são proporcionais às
respectivas temperaturas absolutas

Termodinâmica
\ufffd Ciclo de Carnot

\ufffd Processo Cíclico

\ufffd Estado INICIAL = Estado FINAL

\ufffd Processos Reversíveis

\ufffd Produz máquinas térmicas com o seu rendimento máximo

\ufffd Quanto maior a temperatura da fonte quente maior será seu
rendimento para uma substância que se comporte como gás
ideal

\ufffd As máquinas térmicas que utilizam esse tipo de ciclo são
consideradas máquinas térmicas ideais \u2013 seu rendimento é o
maior dentre as demais máquinas

\ufffd Rendimento chega a ser próximo a 100%

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Termodinâmica

\ufffd Máquina Térmica com o ciclo invertido

\ufffd Transferência de calor do reservatório
frio para o reservatório quente

\ufffd Não é a direção natural do fluxo

\ufffd É necessário realizar trabalho para fazer
com que isso ocorra

\ufffd A cada ciclo é fornecido um trabalho W.
Como em uma máquina térmica

21 QQW \u2212=

\ufffd Refrigerador

Termodinâmica

Coeficiente de Performance

\ufffd Refrigerador

\ufffd Não se define o parâmetro
rendimento, mas um equivalente
chamado coeficiente de eficácia,
coeficiente de desempenho ou de
performance

21

22

QQ
Q

W
Q

KP
\u2212

==

21

22

TT
T

W
Q

KP
\u2212

==

\ufffd Coeficiente de Performance
Máximo \u2013 como se fosse o
Ciclo de Carnot

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Termodinâmica
\ufffd Refrigerador

Termodinâmica
\ufffd Refrigerador

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Termodinâmica
\ufffd Bombas de Calor

\ufffd Um condicionador/refrigerador pode ser usado para o
aquecimento de um ambiente. Neste caso o aparelho recebe o
nome de \u201cbomba de calor\u201d.

\ufffd Seu princípio de
funcionamento é
igual ao de um
refrigerador

Termodinâmica
\ufffd Bombas de Calor

\ufffd Absorve calor de um reservatório frio
(Q2) e rejeita calor (Q1) para o
reservatório quente.

\ufffd É realizado trabalho na bomba de
calor (w)

21

11

QQ
Q

W
Q

KP
\u2212

==

21

11

TT
T

W
Q

KP
\u2212

==

\ufffd Coeficiente de
Performance
Máximo \u2013
como se fosse
o Ciclo de
Carnot