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Calor, Trabalho e a Primeira Lei BC0303 Aula 3 2N1 Maurício D. Coutinho Neto mauricio.neto@ufabc.edu.br Calor e Trabalho • Joule 1845 - Equivalente mecânico do calor • Trabalho ≡ Trabalho mecânico • Lembre se que Q > O quando é transferido para o sistema • Quais variáveis caracterizam um sistema termodinâmico ? • Funções de estado são propriedades macroscópicas de um sistema que independem da forma com que ele foi preparado • Calor e trabalho não são variáveis de estado Calor e Trabalho • Considere o sistema ao lado. Uma gás confinado num recipiente com paredes isolantes. A base possui uma reservatório de calor. ★Processo Quase Estático: O sistema esta em equilíbrio a cada passo do processo termodinâmico ≡ Processo reversível dW=F·dS ⇒dW=pextA·ds=pextdV Calor e Trabalho F=mgF=pA •Um gás está confinado em um cilindro com um pistão móvel. O calor (Q) pode ser adicionado ao gás ou dele retirado regulando-se a temperatura T do reservatório térmico. •O trabalho (W) pode ser realizado pelo gás levantando-se ou abaixando-se o pistão. •P r o c e s s o Te r m o d i n â m i c o = Procedimento através do qual você leva o sistema do estado inicial para o estado final. W = ∫ Vf Vi pextdV = ∫ Vf Vi pintdV Onde a última igualdade vale somente para processos reversíveis Diagramas pV • A área no diagrama pV define o trabalho realizado pelo gás • Definições • W > 0 quando o gás realiza trabalho • ΔV > ou < 0 ? • W < 0 quando trabalho é realizado no gás • ΔV > ou < 0 ? Funções de Estado • Funções de estado são propriedades macroscópicas de um sistema que independem da forma com que ele foi preparado • São elas (ate o momento): T, V, P Q = ∫ f i,caminho dq W = ∫ f i,caminho dw ∆T = ∫ f i dT Diz se que dq e dw são diferenciais inexatos enquanto dT é um diferencial exato Note a semelhança com o conceito de forças conservativas (ex. força gravitacional). Funções de Estado Q = ∫ f i,caminho dq W = ∫ f i,caminho dw ∆T = ∫ f i dT A Primeira Lei da Termodinâmica • Definimos uma quantidade E do sistema para a qual em um processo termodinâmico ΔE=Q-W independe da trajetória utilizada • E refere-se a energia interna do sistema; E = Eint ★A Energia interna de um sistema aumenta quando transferimos calor para um sistema (Q>0) e diminui quando o sistema realiza trabalho (W>0) ★A energia de um sistema isolado é constante. ★dE é um diferencial exato. dE=dq-dw ∆E = ∫ f i,caminho dq − ∫ f i,caminho dw = Ef − Ei Exercícios de Fixação Quais duas trajetórias maximizam o trabalho ? Q > ou < que zero ? ΔE > ou < que zero ? W e Q em ordem decrescente Casos Especiais da 1a Lei Expansão no vácuo W = 0 Expansão adiabática Q = 0 Restrição Conseqüência Adiabático Q=0 ΔEint=-W Volume constante W=0 ΔEint=Q Ciclo Fechado ΔEint=0 Q=W Expansão livre Q=W=0 ΔEint=0 Problema Resolvido Considere o processo termodinâmico. Faça 1,00 kg de água liquida a 100°C a 1 Atm ferver. ΔV = 1671-0.001 m3 • Qual o trabalho realizado pelo sistema ? •Qual a energia transferida na forma de calor ? •Qual o valor de ΔEint ?
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