Termodinâmica Aula 2

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1. SISTEMAS, PROPRIEDADES E PROCESSOS
1.1. Sistema: qualquer porção do espaço retida dentro de limites
determinados, e que seja objeto de nosso estudo.
- Para caracterizar corretamente um sistema, faz-se necessário explicitar a
natureza do seu conteúdo, a localização e a natureza de seus limites.
1.2. Propriedade: qualquer característica do sistema, possível de
ser constatada.
- Muitas delas podem ser medidas (ex. pressão, temperatura, volume, densidade,
capacidade calorífica, etc).
1.3. O estado de um sistema será corretamente descrito quando
são dados os valores (únicos) de suas propriedades.
- Contudo, como tais propriedades do sistema estão correlacionadas, basta que
algumas delas sejam especificadas, para se determinar univocamente o estado do
sistema.
SISTEMAS, PROPRIEDADES E PROCESSOS
Exemplo: 1 mol de H2 ocupando um volume de 1m3, à
temperatura de 25°C.
Tal sistema, com algumas propriedades determinadas (m, V, T), poderá ter outras
propriedades medidas experimentalmente, ou calculadas com base nas informações
conhecidas.
Neste caso, pode-se verificar que as 03 propriedades inicialmente determinadas, são
suficientes para definir as demais. Isto é, fixados os valores de m, V e T, o hidrogênio
considerado só poderá estar a uma única pressão, e só terá um único valor de
densidade.
SISTEMAS, PROPRIEDADES E PROCESSOS
1.4. Funções de estado
Algumas das propriedades citadas no slide anterior são chamadas de funções
de estado (φ), que "são quantidades cuja variação só depende das
características do estado final e inicial".
Uma função de estado φ tem um único valor para um determinado estado.
Ao passar de um estado A (inicial) para um estado B (final), a variação da
função de estado é a diferença entre os valores φA e φB.
Quando um sistema sai do estado A, é submetido a uma série de mudanças
de estado, de tal modo a retornar ao estado A, dizemos que o sistema efetuou
um ciclo.
Ao final do ciclo, a variação da função de estado é nula.
SISTEMAS, PROPRIEDADES E PROCESSOS
1.5. Variáveis de Processo
Outras variáveis dependem explicitamente da natureza do processo ao qual o
sistema é submetido. Elas possuem significado apenas para sistemas em
processo de mudança, e dependem da natureza de cada etapa que o sistema
atravessa. Por isso, são chamadas de variáveis de processo.
Calor e trabalho são duas importantes variáveis de processo. São quantidades
de energia que entram/saem do sistema, sob uma forma particular, durante
um processo (ou transformação).
SISTEMAS, PROPRIEDADES E PROCESSOS
1.6. Relação entre as propriedades
Um dos aspectos mais importantes da Termodinâmica é a capacidade de
deduzir relações entre as diversas propriedades de um sistema.
Algumas mudanças nos valores de propriedades podem ser computadas a
partir de um conjunto de informações sobre as variações de outras
propriedades, como T, P, V e composição (n).
SISTEMAS, PROPRIEDADES E PROCESSOS
Para uma melhor compreensão da Termodinâmica, a estrutura
será organizada conforme as seguintes classificações:
1. Sistemas termodinâmicos
2. Propriedades termodinâmicas
3. Relações termodinâmicas
SISTEMAS, PROPRIEDADES E PROCESSOS
1.7. Classificação dos sistemas termodinâmicos
Para sistematizar os conceitos usados, precisamos ter bem claro o tipo de
sistema que está sendo estudado, afim de estabelecer
i) o conjunto de variáveis que devem ser consideradas, e
ii) excluir aquelas que não são pertinentes para a resolução do problema
Classificação dos sistemas
a) um único componente vs sistemas de vários componentes;
b) homogêneo vs heterogêneo (ou seja, monofásico ou polifásico);
c) Fechado vs aberto;
d) Não reacional vs reacional
e) simples vs complexo
SISTEMAS, PROPRIEDADES E PROCESSOS
1.8. Classificação das Propriedades Termodinâmicas
As condições de um sistema termodinâmico, as suas alterações e as trocas de matéria
e energia às quais um sistema pode ser submetido, serão quantificados pelos valores
assumidos por algumas variáveis especialmente definidas para este propósito.
A base da termodinâmica reside no conceito de estados de equilíbrio e no postulado
que "entre dois estados do sistema, toda mudança de valor de algumas grandezas
termodinâmicas, como energia interna, não depende do caminho percorrido pelo
sistema".
SISTEMAS, PROPRIEDADES E PROCESSOS
1.9. Transferência de energia: calor e trabalho
Há uma diferença fundamental entre as funções de estado (T, P, U) e as variáveis de
processo, como calor (Q) e trabalho (W), pois estas últimas são transientes e somente
tem significado durante processos.
As transferências de energia do sistema são divididas em duas categorias (calor e
trabalho), porque é impossível converter todo o calor em trabalho mecânico.
SISTEMAS, PROPRIEDADES E PROCESSOS
1.10. Propriedades intensivas e extensivas
As propriedades de estado podem ser dividas em extensivas e intensivas.
Extensivas: dependem da quantidade de matéria (ou seja, da massa do sistema). Seu
valor total é a soma dos valores correspondentes às partes nas quais se pode dividir o
sistema.
Intensiva: uma propriedade é dita intensiva se ela puder ser definida como tendo um
valor em um ponto do sistema (como T e P), pois elas podem valores diferentes em
pontos distintos do sistema. Elas são características das substâncias presentes, mas
independentes de suas quantidades.
Sempre que possível, adota-se propriedades intensivas para definir um sistema, pois
elas independem da quantidade de matéria, e várias propriedades intensivas podem
ser definidas a partir das propriedades extensivas.
SISTEMAS, PROPRIEDADES E PROCESSOS
1.11. Transformações reversíveis e irreversíveis
Um processo verdadeiramente reversível ocorre somente em situações ideias. Do
contrário, todos os processos são irreversíveis, pois existem diversos fatores que levam
a dissipação de energia no sistema. As principais são
- atrito
- troca de calor com a vizinhança
A idealização de um processo reversível é importante pois ela é o limite entre as
transformações verdadeiramente possíveis das transformações inversas impossíveis.
2. Lei Zero da Termodinâmica
ENUNCIADO
"Se A está em equilíbrio térmico com B, e B está em equilíbrio
térmico com C, então C está em equilíbrio térmico com A".
A Lei Zero diz que, neste caso, as temperaturas dos 03 objetos
são iguais.
Matematicamente
Caso a temperatura dos objetos seja diferente, e for permitido o fluxo de 
energia através de uma parede diatérmica, o calor irá fluir do objeto mais 
quente para o objeto mais frio.
Parede diatérmica: parede rígida que permite o fluxo de calor quando 
sistemas fechados são postos em contato.
Parede adiabática: não permite a troca de calor.
2. Lei Zero da Termodinâmica
Sentido do fluxo de calor entre dois
objetos com diferentes temperaturas
A lei zero da termodinâmica justifica o conceito de temperatura e a utilização
de dispositivos para medição de temperatura.
Para medir a temperatura de um sistema, utilizam-se dispositivos que são
baseados em alguma mudança de propriedade física em função da
temperatura (termométrica).
- expansão térmica
- resistividade elétrica
- efeito termoelétrico
- emissão de radiação infravermelho
2. Lei Zero da Termodinâmica
TERMÔMETROS DE ÁLCOOL OU DE MERCÚRIO
Instrumentos baseados na expansão térmica do um líquido dentro de uma
coluna vertical.
2. Lei Zero da Termodinâmica
Expansão volumétrica
Conversão de escalas de temperatura
TERMOPARES (THERMOCOUPLES)
Instrumentos baseados no efeito termoelétrico ou efeito Seebeck.
"Qualquer material condutor, submetido um gradiente de temperatura, irá gerar uma diferença
de potencial que depende da diferença de temperatura entre a extremidade quente e a fria"
2. Lei Zero da Termodinâmica
TERMOPARES (THERMOCOUPLES)
2.Lei Zero da Termodinâmica
TERMORESISTÊNCIA
Instrumentos baseados na mudança de resistividade elétrica de um material
em função da temperatura.
TERMISTORES
Instrumento baseado variação de condutividade em materiais
semicondutores sensíveis a mudanças de temperatura.
NTC (negative temperature coefficient) – resistência diminui com o aumento
da temperatura.
PTC (positive temperature coefficient) – resistência aumenta em função do
aumento da temperatura.
2. Lei Zero da Termodinâmica
TERMISTORES
2. Lei Zero da Termodinâmica
Componentes de um termistor e as curvas características deste tipo de sensor
PIROMETRIA
Dispositivo que mede a temperatura de um objeto através da análise da
emissão de radiação infravermelha.
Pirômetro de alta temperatura
2. Lei Zero da Termodinâmica
A temperatura é medida através da
comparação da cor de um objeto com
a cor do filamento de uma lâmpada
padrão.
O controle de potência da lâmpada é
calibrado em relação a temperatura.
PIROMETRIA
Dispositivo que mede a temperatura de um objeto através da análise da
emissão de radiação infravermelha.
Pirômetro de alta temperatura
2. Lei Zero da Termodinâmica
A temperatura é medida através da
comparação da cor de um objeto com
a cor do filamento de uma lâmpada
padrão.
O controle de potência da lâmpada é
calibrado em relação a temperatura.
PIROMETRIA
Dispositivo que mede a temperatura de um objeto através da análise da
emissão de radiação infravermelha.
2. Lei Zero da Termodinâmica
TERMÔMETRO BI-METÁLICOS
Dispositivo que mede a temperatura de um objeto através da diferença de
expansão térmica linear entre duas chapas de diferentes metais.
2. Lei Zero da Termodinâmica
Temperatura é ajustada aumentando ou 
diminuindo a distância entre os contatos
Definição
Um gás ideal é qualquer gás, em baixíssimas concentrações (pressão zero).
Lei de Boyle P.V = c (para n,T constantes)
Lei de Charles V = c . T (para n, P constantes)
P = c . T (para n, V constantes)
Lei de Avogadro V = c . n (para P, T constantes)
onde c é uma constante númerica.
3. GASES IDEAIS
Definição
Reunindo as três equações anteriores, temos a famosa equação de estado de
Clapeyron
P.V = n.R.T (Lei dos gases ideias)
para pressões tendendo a 0
R = 8,314 J/mol.K
3. GASES IDEAIS
Gás ideal
Gás monoatômico em baixas concentrações, movendo-se aleatoriamente e
não interagindo entre si.
Em condições ambientais normais (25°C e 1 atm), a maioria dos gases reais
comportam-se qualitativamente como um gás ideal.
3. GASES IDEAIS
Gás ideal – sem 
forças 
intermoleculares
Gás real – com 
forças 
intermoleculares
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