Aula 2 Estado e propriedades de uma substância

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Estado e propriedades de uma 
substância
Comportamento dos sistemas
 Visão macroscópica e microscópica
 Propriedade, estado e processo
 Propriedades intensivas e extensivas
 Fase e substância pura
 Equilíbrio
 Processos reais e em quase-equilíbrio
Visão macroscópica e microscópica da 
termodinâmica 
 Os sistemas podem ser estudados no ponto de vista
macroscópicos e microscópicos.
 Macroscópico se preocupa com o comportamento geral
ou global. Abordagem matemática mais simples.
 Essa abordagem é vista na Termodinâmica Clássica
 Microscópico se preocupa com o comportamento
individual da matéria. Abordagem matemática mais
complexa.
 Essa abordagem é vista pela Termodinâmica Estatística.
o No estudo da termodinâmica é muito importante verificar como os
sistemas se comportam e interagem com sua vizinhança.
Propriedades de um sistema
o Propriedades familiares: Pressão – P, Temperatura – T, Volume –
V, Massa – m, Energia – E e Densidade - ρ
o Uma propriedade é uma característica macroscópica de um sistema
para a qual pode-se atribuir um valor numérico em um dado instante
sem conhecer a história do sistema
As propriedades são classificadas como: 
o As propriedades intensivas são independentes da massa de um
sistema, como temperatura, pressão e densidade.
o As propriedades extensivas são valores que dependem do tamanho
ou extensão – do sistema. Exemplos: massa total e volume total.
As propriedades extensivas podem variar com o tempo. Essa variação está 
relacionada com a interação do sistema com sua vizinhança.
Propriedades Termodinâmicas
• É qualquer característica (grandeza físico-química) que sirva para 
descrever o sistema.
• Ex: Massa(m), Pressão(P), Volume(V), Temperatura(T), 
Entalpia(H), Entropia(S), Energia interna(U).
• A atribuição de valores às propriedades termodinâmicas define 
o estado termodinâmico de um sistema em um determinado 
instante.
Tipos de propriedades...
• Extensivas: Dependem da quantidade de massa do sistema.
• Ex.:Massa(m), Volume(V), Entalpia(H), Entropia(S), Energia
interna(U).
• Intensivas: Independem da quantidade de massa do sistema.
• Ex: Temperatura(T), Pressão(P), Massa específica(ρ), Volume
específico(ν), Entalpia específica (h), Entropia específica(s), Energia
interna específica(u).
Estado do sistema
o Estado do sistema refere-se à condição do sistema descrito por
suas propriedades. Em determinado estado, todas as propriedades de
um sistema têm valores fixos. Caso um desses valores mudem teremos
estados diferentes.
Estado 1 Estado 2
o Quando uma dessas propriedades é alterada, o estado muda e
diz-se que o sistema percorreu um processo.
Processo
o Processo é a mudança do um estado do sistema para outro no tempo.
o A mudança de estado se verifica pela variação de uma ou mais
propriedades
Instant
e 1
Instante 
2
o Quando o sistema exibe os mesmo valores de propriedades em instantes
diferentes é dito que o sistema está em regime permanente.
Diagrama ternário: Propriedades e Estados
Equilíbrio
o Em Termodinâmica, para designar que um sistema está em equilíbrio
é necessário que vários outros equilíbrios sejam atingidos; entre eles
estão os equilíbrios mecânico, térmico, de fase e químico.
o Um sistema isolado da vizinhança estará em estado de equilíbrio se
não houverem mudanças significativas nas suas propriedades com
o tempo.
o A temperatura e a pressão serão uniformes ao longo do sistema,
desde que o efeito da gravidade não seja significativo (para a pressão).
o As fases não devem possuir qualquer tendência de mudança de
estado para o sistema entrar em equilíbrio
EQUILÍBRIO TERMODINÂMICO: 
• Um sistema está em equilíbrio Termodinâmico se houver três tipos
de equilíbrio.
• Equilíbrio térmico: Temperatura do sistema permanece constante por
longo tempo.
• Equilíbrio Mecânico: A pressão interna se iguala a externa por um
longo período de tempo.
• Equilíbrio Químico: Não ocorrem reações químicas no sistema.
• A ciência da Termodinâmica Clássica trata principalmente de sistemas
em equilíbrio termodinâmico, ou sistemas em que o desvio em relação ao
equilíbrio é desprezível.
Fase do sistema
o O termo fase refere-se a uma quantidade de matéria que é
homogênea como um todo em composição química e em estrutura
física.
o Existem diversos sistemas que podem conter uma única fase ou
múltiplas fases.
o A temperatura e pressão são propriedades independentes nos
sistemas monofásicos, mas são propriedades dependentes em
sistemas multifásicos.
EQUILÍBRIO TERMODINÂMICO: 
• Dois estados de um sistema são chamados idênticos se cada uma
das propriedades do sistema for de mesmo valor em ambos
estados.
• Quando o estado de um sistema se altera, a mudança de estado ou
transformação é definida pelos estados extremos.
• O caminho de uma mudança de estado é a série de estados pelo qual o
sistema passa.
• O processo é o modo pelo qual se define a mudança de estado e é
definido segundo o caminho que se percorre para chegar ao estado
final.
• Uma descrição adequada do processo deve incluir pelo menos o calor
e /ou o trabalho que está envolvido quando ocorre a transformação
de estado.
Propriedades Termodinâmicas das 
substâncias puras 
• Substância Pura: Trata-se de uma substância que apresenta
composição química é invariável e homogênea. Pode existir em mais de
uma fase, porém sua composição química é a mesma em todas as fases.
• Exemplos: Oxigênio, água líquida, mistura de água líquida e água vapor,
mistura de água sólida (gelo) e água líquida, refrigerante R-12 (Freon-
12), ar seco (gasoso), refrigerante R-22 (Freon-22), CO2, etc.
• Observações: Ar seco (líquido), em contato com o seu vapor, ele não é
considerado como uma substância pura, pois os pontos de ebulição (ou
de condensação) do O2 e N2 na fase líquida e de vapor são diferentes.
• Uma substância pura pode existir em qualquer fase (sólida, líquida, ou
vapor) ou ainda em uma mistura de fases, sendo muito comum existir
em duas fases e mais raro em três fases em equilíbrio
Processo de quase-equilíbrio e ciclo 
Equilíbrio Vapor-líquido
Mudança de fase de uma substância pura:
• Fusão: mudança da fase sólida para a líquida;
• Solidificação: mudança da fase líquida para a sólida;
• Vaporização: mudança da fase líquida para a gasosa;
• Condensação: mudança da fase gasosa para a fase líquida;
• Sublimação: transformação direta da fase sólida para a fase gasosa
sem que passe pela líquida.
Conceitos importantes
• Vapor é o nome que se dá a uma fase gasosa que está em contato com a
fase líquida ou está na eminência de condensar-se. O vapor é um gás
imperfeito.
• Gás é um vapor altamente superaquecido a baixas pressões e seu estado
de equilíbrio está longe do estado de saturação.
• Gás ideal, suas moléculas não sofrem os efeitos de atração e repulsão
molecular, por estarem muito longe umas das outras; é regido pela
equação de estado tipo f(p,v,T) = 0.
Exercício
o Um gerador eólico turboelétrico é montado no topo de uma torre. A
eletricidade é gerada à medida que o vento incide constantemente sobre as
pás da turbina. A saída elétrica do gerador alimenta uma bateria.
a) Considerando apenas o gerador eólico como sistema, identifique as
posições da fronteira onde ocorre interação com a vizinhança. Descreva as
mudanças que ocorrem no sistema com o tempo.
b)Repita a análise para um sistema que inclui a bateria.
Pós aula....
Exercício 2 – Observando-se a figura abaixo, identifique os
locais onde se situam as fronteiras do sistema que estabelecem
interações com a vizinhança.