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Termodinâmica Ana Letícia de Lima Rico Orientador: Prof. Dr. Pedro Carlos de Oliveira Escola de Engenharia de Lorena - EEL UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO TERMODINÂMICA? O que é ENERGIA O estudo das transformações da de uma forma para outra! Por quê? CONCEITOS Definição de SISTEMAS Vizinhança Sistema Universo Vizinhança Sistema Fronteira Universo SISTEMAS ? Quais os tipos de Sistema ABERTO Sistema FECHADO Sistema ISOLADO “Em Termodinâmica, o universo é formado por um sistema e sua vizinhança. Um sistema aberto poder trocar matéria e energia com a vizinhança. Um sistema fechado só pode trocar energia. Um sistema isolado não pode trocar nada!” TRABALHO ? O que é TRABALHO Movimento contra uma força oposta! w Trabalho = Força x Distância w = F x d 1J = 1N x m 1 kg.m2.s-2 = 1 kg.m.s-2 x m Importante: sinais!!! ENERGIA ? O que é ENERGIA Capacidade de um sistema executar trabalho! U Energia interna Energia total? ∆U Todos os átomos, e-, não dá para medir! 20 ∆U = Ufinal - Uinicial TRABALHO ? Quais os tipos de TRABALHO Expansão Não- Expansão Trabalho de Expansão Trabalho de Não-Expansão ∆V Tipos de Trabalho Exercício 7.1 Aqui eu vou para o quadro! 25 PROCESSO Reversível Irreversível ? Exercício 7.2 Qual a diferença entre e CALOR ? O que é CALOR Energia em movimento devido à DIFERENÇA de temperatura! q Um sistema ganha ou perde calor T(ºC) Para converter uma mudança de temperatura em energia, precisa saber a CAPACIDADE CALORÍFICA Medida do Calor Usada para acompanhar a mudança da energia interna de um sistema! Importante: sinais!!! q ∆T calor fornecido aumento de T (ºC) C= Capacidade calorífica específica q =mcs∆T q =ncm∆T Exercício 7.3 CALORÍMETRO ? O que é um CALORÍMETRO Exercício 7.4 Ninguém nunca construiu uma máquina perfeita! 1ª Lei da Termodinâmica A energia interna de um sistema isolado é constante! ∆U = q + w 1ª Lei da Termodinâmica Teste 7.5 Função de ESTADO 1 2 3 h Função de ESTADO ∆U é uma função de estado, calor e trabalho não são. Função de estado? Porque calor e trabalho não são funções de estado? Exemplos Quando ∆U = zero? Exercício 7.5 Suponha que 1,00 mol de moléculas de um gás ideal, em 292 K e 3,00 atm, se expanda de 8,00 L a 20,00 L e atinja pressão final de 1,20 atm por dois caminhos diferentes. O caminho A é uma expansão isotérmica reversível. O caminho B tem duas partes. Na etapa 1, o gás esfria em volume constante até que a pressão atinja 1,20 atm. Na etapa 2, ele é aquecido e se expande contra uma pressão constante igual a 1,20 atm até que o volume atinja 20,00 L e T = 292 K. Determine o trabalho realizado, o calor transferido e a troca de energia interna (w, q e ∆U) para os dois caminhos. Exercício 7.5 ENTALPIA A função termodinâmica chamada ENTALPIA responde pelo fluxo de calor nas mudanças químicas que ocorrem à pressão constante quanto nenhuma forma de trabalho é realizada a não ser o trabalho PV. A variação de entalpia é igual ao calor fornecido ao sistema em Pcte. Para um processo endotérmico ∆H>0 e para um processo exotérmico ∆H<0. Teste 7.7 A Entalpia das mudanças físicas ∆Hvap = Hm(vapor) -Hm(líquido) ∆Hfus = Hm(líquido) -Hm(sólido) ∆Hfus = -∆Hsol Entalpia das mudanças físicas ∆Hsub = Hm(vapor) -Hm(sólido) ∆Hsub = ∆Hfus +∆Hvap Entalpia de Reação Química Qualquer reação química é acompanhada por transferência de energia. CH4(g) + 2 O2(g) CO2(g) + 2 H2O(l) ∆H= -890 kJ 2CH4(g) + 4O2(g) 2CO2(g) + 4H2O(l) ∆H= -1780 kJ CO2(g) + 2 H2O(l) CH4(g) + 2 O2(g) ∆H= +890 kJ Exercício 7.7 Entalpia Padrão de Reação Calor liberado ou absorvido depende dos estados físicos dos reagentes: CH4(g) + 2 O2(g) CO2(g) + 2 H2O(g) ∆H= -802 kJ CH4(g) + 2 O2(g) CO2(g) + 2 H2O(l) ∆H= -890 kJ H2O ∆Ho vap= 44 kJ.mol-1 Estado Padrão As entalpias padrão de reação indicam reações nas quais os reagentes e produtos estão em seus estados padrão, no estado puro em 1 bar(1 atm). Elas são registradas normalmente a T = 298,15 K (25 ºC). A entalpia total da reação é a soma das entalpias de reação das etapas em que a reação pode ser dividida. Exemplo 7.9 Lei de Hess Continua...
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