5ª Aula - Primeira Lei da Termodinâmica

Esta é uma pré-visualização de arquivo. Entre para ver o arquivo original

Diniz Silva
*
Profª Viviana Rocha
Diniz Silva
*
Diniz Silva
Diniz Silva
*
Diniz Silva
Diniz Silva
*
Diniz Silva
O que é calor?
Qual a unidade de calor?
Ciência:
1 caloria = 1 cal = calor necessário para elevar a temperatura de um grama de água em um grau Celsius (de 14,0°C a 15,0°C);
Diniz Silva
*
Diniz Silva
Diniz Silva
*
Diniz Silva
Ciência:
1 caloria = 1 cal = calor necessário para elevar a temperatura de um grama de água em um grau celsius (de 14,0°C a 15,0°C);
Nutricionistas (provavelmente):
1 caloria = 1 kcal = calor necessário para elevar a temperatura de um quilograma de água em um grau Celsius.
Diniz Silva
Diniz Silva
*
	 Estudo do calor transferido por meio de processo físico ou químico:
	Do que depende a transferência de calor:
Variação de temperatura;
Quantidade de material;
Natureza do material;
Diniz Silva
Diniz Silva
*
Esquema de um Calorímetro
Diniz Silva
Diniz Silva
*
FÓRMULA GERAL DA CALORIMETRIA:
Q = quantidade de calor;
m = massa da substância;
C = calor específico;
∆T = Diferença de temperatura;
Diniz Silva
Diniz Silva
*
Para um dado sistema as variações de energia podem ser relacionadas com as variações de propriedades do mesmo:
Sistema
P, T e V
Vizinhanças
Diniz Silva
Diniz Silva
*
Derivadas parciais: Para avaliarmos uma propriedade em função de várias outras procedemos a diferencial total da função. Seja uma função qualquer de duas variáveis f(x,y) possui uma diferencial total dada por:
Ex: Diferencial total do volume molar de um gás ideal: V(t, p)
Diniz Silva
Diniz Silva
*
A variação de energia em função de T e V é dada por U = U(T,V): 
Se o sistema tiver um incremento de dT e dV, a variação de energia do sistema dU será dada pela equação acima, onde:
 Taxa de variação de energia com a temperatura;
 Taxa de variação de energia com o volume.
Diniz Silva
Diniz Silva
*
Ao avaliarmos a variação da energia interna em função de T e V, dadas as equações anteriores:
Todas as mudanças de estado do sistema serão avaliadas a partir desta equação.
Diniz Silva
Diniz Silva
*
Para as mudanças de estado a volume constante, não haverá trabalho e variação de energia interna com o volume:
Diniz Silva
Diniz Silva
*
Medidas de capacidade calorífica a volume constante:
Diniz Silva
Diniz Silva
*
Joule realizou um experimento onde mantendo-se a temperatura constante, variou-se o volume de um gás:
Diniz Silva
Diniz Silva
*
Gases ideais
Não foi observada mudança na energia interna do sistema, porém isto ocorreu devido a alta capacidade calorífica da água!!!
- Só vale para gases ideais
Erro instrumental- mau dimensionamento
Inadequada para sólidos e líquidos
Diniz Silva
Diniz Silva
*
Para as mudanças de estado a pressão constante, a pressão oposta será sempre igual a pressão do sistema:
Diniz Silva
Diniz Silva
*
A variação de energia interna não é igual ao calor recebido pelo sistema para uma transformação a pressão constante. Uma parte da energia é gasta com trabalho de expansão;
A combinação de propriedades de estado do sistema podem gerar uma outra propriedade que descreva de forma mais prática a transformação.
Diniz Silva
Diniz Silva
*
	Uma forma diferente de medir a energia do sistema.
	Para uma transformação a pressão constante temos:
Diniz Silva
Diniz Silva
*
Para vaporização ou fusão de substâncias puras, temos o processo a T e P constantes:
Diniz Silva
Diniz Silva
*
A variação de energia em função de T e P e dada por H = H(T,P): 
Se o sistema tiver um incremento de dT e dV, a variação de energia do sistema dH será dada pela equação acima, onde:
 Taxa de variação de energia com a temperatura;
 
 Taxa de variação de energia com a pressão.
Diniz Silva
Diniz Silva
*
Para as mudanças de estado a pressão constante:
Sem reação ou
Mudança de fase
Diniz Silva
Diniz Silva
*
Para as mudanças de estado a pressão constante:
Diniz Silva
Diniz Silva
*
O excesso de Cp relativamente a Cv é constituído da soma de dois termos:
Diniz Silva
Diniz Silva
*
Processo a V = cte:
Não há produção de trabalho;
Distância média das moléculas cte;
Todo movimento caótico se reflete no aumento de T;
Processo a P = cte: 
Calor é dividido para suprir as necessidades do sistema;
Trabalho nas vizinhanças;
Separar as moléculas a uma distância maior;
Movimento caótico se reflete no aumento de T;
Diniz Silva
Diniz Silva
*
Para gases ideais:
Diniz Silva
Diniz Silva
*
Para líquidos e sólidos:
Dilatação térmica dos líquidos e sólidos desprezível;
Trabalho produzido pela expansão é pequeno;
Diniz Silva
Diniz Silva
*
Pela definição temos:
Para gases ideais:
	Entalpia é somente função da temperatura, independe da pressão.
Diniz Silva
Diniz Silva
*
	Para a experiência de Joule-Thomson, avaliamos a variação de temperatura com a pressão (válvula de expansão):
Diniz Silva
Diniz Silva
*
	
Diniz Silva
Diniz Silva
*
Para um tubo isolado: Q = 0
Diniz Silva
Diniz Silva
*
	O coeficiente de Joule-Thomson, mede variação de temperatura com a pressão de um processo com entalpia constante (válvula de expansão):
Diniz Silva
Diniz Silva
*
Diniz Silva
Diniz Silva
*
Para um gás perfeito, μJT=0, sua temperatura se mantém inalterada numa expansão Joule-Thomson.
O coeficiente Joule-Thomson depende das condições do gás, ou seja, para se resfriar ele deve estar numa dada pressão e numa dada temperatura.
Diniz Silva
Diniz Silva
*
Para as mudanças de estado adiabáticas não há troca de calor com as vizinhanças, Q = 0:
Diniz Silva
Diniz Silva
*
Se a mudança de estado for reversível:
Gases Ideais P=RT/V
Separando as variáveis V e T
Diniz Silva
Diniz Silva
*
Usando a relação entre Cp e Cv para gases ideais:
Diniz Silva
Diniz Silva
*
Transformações Isocóricas V = cte:
Transformações Isobáricas P = cte:
Transformações Isotérmicas T = cte:
Transformações Adiabáticas Q = 0:
Diniz Silva
*