Biofísica - Termodinâmica

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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.