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TERMODINÂMICA No início, ocupou-se do estudo dos processos que permitiam converter calor em trabalho calor força, movimento TERMODINÂMICA Termodinâmica: Ciência do calor, do trabalho e das propriedades das substâncias que estão relacionadas com calor e trabalho. Sistema termodinâmico Uma certa porção de matéria, que pretendemos estudar, suficientemente extensa para poder ser descrita por parâmetros macroscópicos. Vizinhança do sistema Aquilo que é exterior ao sistema e com o qual o sistema pode, eventualmente, trocar energia e/ou matéria. Fronteira Superfície fechada, real (uma parede, uma membrana, etc) ou abstracta (imaginada por nós), que separa o sistema da sua vizinhança. Transferência de energia de um meio quente para um meio frio. Sempre da temperatura mais alta para a mais baixa (Segunda Lei da Termodinâmica) A transferência de energia termina quando os dois meios atingem a mesma temperatura. Calor é a forma de energia que pode ser transferida de um corpo para outro unicamente como resultado da diferença de temperatura. Taxa de transferência de energia = (Energia/Tempo) TRABALHO: É uma transferência de energia que pode causar um movimento contra uma força que se opõe a esse movimento (w). CALOR: Transferência de energia devida a uma diferença de temperatura entre o sistema e as vizinhanças (q). TRABALHO E CALOR UNIDADE: [J] = kg.m2.s-2 Calor sensível: o calor causa uma variação da temperatura do sistema - variação da energia cinética (Haq). Calor latente: o calor não causa variação da temperatura do sistema - variação da energia potencial (Htr). tempo T em p er at u ra Htr Haq Haq Determina que, quando dois sistemas em equilíbrio termodinâmico têm igualdade de temperatura com um terceiro sistema também em equilíbrio, eles têm igualdade de temperatura entre si. Estabelece o que vem a ser um sistema em equilíbrio termodinâmico: dado tempo suficiente, um sistema isolado atingirá um estado final - o estado de equilíbrio termodinâmico - onde nenhuma transformação macroscópica será observada. Equilíbrio térmico Valor uniforme da temperatura (contacto térmico entre sub- sistemas) Equilíbrio mecânico Valor uniforme da pressão (no caso de gases). Equilíbrio químico Valor uniforme das concentrações químicas. Princípio da conservação da energia. Esse princípio assegura que a energia é uma propriedade termodinâmica. A energia em um sistema pode manifestar-se sob diferentes formas como calor e trabalho. A energia pode ser interconvertida de uma forma para outra, mas a quantidade total de energia do universo, isto é, sistema mais meio externo, conserva-se. A ENERGIA INTERNA DE UM SISTEMA ISOLADO É CONSTANTE Entalpia é a quantidade de energia em uma determinada reação. Podemos calcular o calor de um sistema através da variação de entalpia (∆H). A variação da Entalpia está na diferença entre a entalpia dos produtos e a dos reagentes, sendo assim, o calor de uma reação corresponde ao calor liberado ou absorvido em uma reação, e é simbolizado por ∆ H. Δ Htotal = ΔH final – ΔH inicial A variação da entalpia depende da temperatura, pressão, estado físico, número de mol e da variedade alotrópica (capacidade de um elemento químico formar duas ou mais substâncias simples diferentes) das substâncias. Estado padrão: a substância está pura a 1bar de pressão A Segunda Lei da Termodinâmica assegura que a energia possui qualidade bem como quantidade, e que os processos reais ocorrem na direção da diminuição da qualidade da energia. É uma região do espaço ou uma quantidade de matéria a ser estudada. • Existem três tipos de Sistemas: • Fechado • Aberto • Isolado Sistema isolado Não troca energia nem matéria com a sua vizinhança. Sistema fechado Não troca matéria com a sua vizinhança (pode trocar energia). Sistema aberto Troca matéria com a sua vizinhança. Paredes móveis (contrário: fixas) Permitem transferência de energia na forma de trabalho mecânico. Paredes diatérmicas (contrário: adiabáticas) Permitem transferência de energia na forma de calor. Paredes permeáveis (contrário: impermeáveis) Permitem transferência de matéria. Pistão Peso Gas • Sistema (sistema fechado) – MASSA não cruza a fronteira do sistema indicada pela linha tracejada. • A MASSA está indicada pela área cinza • A fronteira pode se mover (o pistão pode ir para frente e para traz) Fronteira do Sistema Exemplo: Gás contido num cilindro com uma parede móvel Parede móvel (êmbolo) Superfície lateral do cilindro Base do cilindro + + Fronteira: paredes do recipiente Sistema: gás num recipiente de parede móvel Vizinhança: ar exterior ao recipiente Sistema Aberto – A fronteira geralmente não se move.(pode mover- se). Massa e energia cruzam a fronteira. A área de interesse é apenas a região dentro da fronteira (linha tracejada). É um sistema fechado onde nem energia nem massa cruzam a fronteira. Grandeza que se mede com um termômetro. A temperatura é lida no termômetro ao fim de um certo tempo (tempo de relaxação), quando A e B atingirem o equilíbrio térmico. Relação entre escalas de temperatura Celsius e Kelvin Escala Kelvin: 15,273)(º)( CtKT Escala Celsius: Sistema Q T T+T dT Q T QC T 0 lim Capacidades Térmicas Quantidade de calor que é necessário fornecer ao sistema (lentamente), para que a temperatura do sistema aumente de 1 kelvin. Pressão: • força por unidade de área • independente da orientação da superfície • forças de pressão sempre perpendiculares à superfície dA dF p A equação de van de Waals (vdW) é uma equação de estado (um modelo) para gases compostos de partículas que tem um volume diferente de zero e forças de interação (atrativas e repulsivas). A equação foi desenvolvida por Johanner Diderik van der Waals em 1873, baseado em uma modificação da lei dos gases ideais. A equação tem uma aproximação melhor para comportamento de gases em condições que ocorrem interações entre as partículas. onde P é a pressão do gás, a é a medida da atração entre as partículas, V é o volume do gás, b representa o volume excluído pelas partículas, R é a constante universal dos gases e T é a temperatura (absoluta, em Kelvin). O valor de b está ligado ao raio atômico da partícula considerada, pois trata do volume excluído. RTbv v a P 2 v F Wmáximo = Wreversível 1. O sistema realiza trabalho máximo quando a pressão for máxima; 2. A pressão externa nunca pode ser igual ou maior do que a interna, num trabalho de expansão; 3. O trabalho máximo é obtido quando a pressão externa é somente infinitesimalmente menor do que a pressão interna; 4. A pressão interna (do gás) num trabalho de expansão não é constante.
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