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FACULDADE ANHANGUERA EDUCACIONAL DE ANÁPOLIS
GERAÇÃO E DISTRIBUIÇÃO DE MOTOR
1º LEI DA TERMODINÂMICA
ANAPOLIS, GO
2017
FACULDADE ANHANGUERA EDUCACIONAL DE ANÁPOLIS
GERAÇÃO E DISTRIBUIÇÃO DE MOTOR
1º LEI DA TERMODINÂMICA
Esta Atividade é requisito parcial para aprovação na disciplina de Materiais de geração e distribuição de Motor, ministrada pelo Professor Thales Lopes Alves.
ANAPOLIS, GO
2017
ENERGIA INTERNA
A energia de um sistema termodinâmico, composto por um grande número de partículas tais como íons, moléculas, átomos ou mesmo fótons, pode ser decomposta em três partes:
As energias cinéticas atreladas ao movimento de todo o sistema e ao movimento das partículas que o constituem.
As energias potenciais do sistema devidas às interações com o ambiente externo (expressas via campos gravitacionais, elétricos ou magnéticos), e devidas às interações internas entre as moléculas, íons, átomos, elétrons, núcleos, núcleons e demais elementos que constituem esse sistema.
As energias de campos radiantes confinados pelas fronteiras do sistema, tipicamente as energias de fótons térmicos confinados.
Existem, portanto, dois níveis de escala para a energia total do sistema:
Nível macroscópico, sensível aos sentidos, ou seja, definido em escala humana ou superior, abarcando a energia cinética macroscópica {\displaystyle E_{\text{c,macro}}~} do sistema quando em movimento em relação a um referencial inercial à parte dele, e as energias potenciais {\displaystyle E_{\text{p,macro}}~} do sistema quando imerso em campos gravitacional, elétrico ou magnético macroscopicamente estabelecidos por fontes externas.
Nível microscópico, inacessível aos nossos sentidos, abarcando a soma das energias cinéticas {\displaystyle E_{\text{c,micro}}~} das partículas constituintes - atrelada ao movimento térmico destas; as energias potenciais {\displaystyle E_{\text{p,micro}}~} de todas as interações entre tais partículas microscópicas, com destaque para a elétrica no caso das energias nas ligações químicas (energia química) e para a nuclear no caso das energias de interação entre núcleons (energia nuclear); e a soma das energias {\displaystyle E_{\text{r,micro}}~} das partículas de campo confinadas.
A energia interna {\displaystyle U} de um sistema termodinâmico (semi)clássico - onde massa e energia são tratadas como grandezas não relacionadas - corresponde à soma das suas energias microscópicas.{\displaystyle U=\sum E_{\text{c,micro}}+\sum E_{\text{p,micro}}+\sum E_{\text{r,micro}}}
Em sistemas didáticos ou modeláveis de forma simples - entendidos como compostos apenas por partículas com massa e absolutamente neutras - não há energia radiante confinada ou essa é em prática ignorável, e a energia interna escreve-se usualmente:{\displaystyle U=\sum E_{\text{c,micro}}+\sum E_{\text{p,micro}}}
A energia interna tem por parcelas apenas as energias atreladas diretamente aos constituintes do sistema e por tal encerradas pela fronteira que define o sistema, nela não figurando as energias atreladas às interações entre o sistema e sua vizinhança, portanto.
A 1º Lei da termodinâmica estabelece que a variação da energia interna de um sistema corresponde à energia térmica (Q) recebida pelo sistema na forma de calor durante o processo menos a correspondente energia cedida pelo sistema à sua vizinhança na forma de trabalho (W).{\displaystyle \Delta U=Q-W}
A unidade do Sistema Internacional de Unidades utilizada para a energia interna é o joule (J).
EXEMPLO:
Um gás adiabaticamente comprimido possui maior energia interna do que possuia antes em sua forma expandida;
Uma mola adiabaticamente comprimida tem uma energia interna maior do que se a mesma quando esticada;
Uma dada massa de vapor de água tem energia interna maior do que a mesma massa quando em forma de água fria;
Uma bateria carregada tem energia interna maior do que se a mesma estivesse descarregada.
ENTALPIA
Entalpia, por vezes referida como entalpia absoluta, é uma grandeza física definida no âmbito da termodinâmica clássica de forma que esta meça a máxima energia de um sistema termodinâmico, teoricamente passível de ser deste removida na forma de calor. É particularmente útil na compreensão e descrição de processos isobáricos: a pressão constante as variações de entalpia encontram-se diretamente associadas às energias recebidas pelo sistema na forma de calor, estas facilmente mensuráveis em calorímetros.
Conforme definida, a entalpia engloba em si não apenas a energia interna do sistema mas também a energia armazenada no conjunto sistema-vizinhança que, absorvida pelo sistema via trabalho realizado pela vizinhança sobre esse em processos termodinâmicos que impliquem a diminuição de seu volume, também integra uma parcela de energia passível de ser extraída na forma de calor a partir do referido sistema. A entalpia mensura pois a totalidade de energia de alguma forma atrelada ao sistema - incluindo-se nesta não apenas a energia encerrada no sistema como também a energia atrelada ao sistema em virtude das relações que este estabelece com a sua vizinhança.
A entalpia-padrão de um sistema corresponde à entalpia do sistema antes descrita subtraída de uma constante adequadamente escolhida de forma a ter-se a entalpia-padrão de um sistema em particular - adequadamente escolhido para constituir um padrão universal de referência - propositalmente definida como zero. 
A definição de entalpia-padrão faz-se por razões práticas e não acarreta implicação alguma na determinação das variações de entalpia em processos termodinâmicos, visto serem as suas variações iguais às respectivas variações de entalpia absoluta. Assim sendo, define-se de forma universalmente aceita que toda substância simples em estado padrão - ou seja, no estado físico e alotrópico mais estável, a 298,15 K (25°C) e 1 bar (100.000 Pa), tem entalpia-padrão por definição igual a zero - mesmo não sendo nula sua entalpia absoluta em tal estado. 
Determinar a entalpia-padrão de um estado particular de um sistema consiste pois em determinar a variação de entalpia em um processo qualquer que tenha por estado final o estado em consideração e que tenha por estado inicial sempre o estado padronizado associado. O estado inicial padrão constitui uma referência para a medida de entalpia, e a partir desta referência determinam-se doravante com facilidade as entalpias-padrão de todos os demais compostos químicos ou estados. 
Em particular, dá-se o nome de entalpia de formação à entalpia-padrão de uma substância pura composta; o que corresponde, dada a aplicação da definição de entalpia padrão ao caso, à variação de entalpia associada à reação que tem por estado inicial os elementos necessários à produção do composto - este em sua forma padrão - e por estado final apenas a substância composta em consideração - nas condições específicas à situação. As entapias-padrão das substâncias compostas - as entalpias de formação - são as entalpias que encontram-se geralmente tabeladas em livros e manuais, não raro figurando junto às variações de entalpias para reações químicas específicas.
No Sistema Internacional de Unidades a unidade da entalpia é o joule (J). Ao passo que na literatura a entalpia absoluta é geralmente representada pelo símbolo H, a entalpia-padrão encontra-se geralmente representada pelo símbolo H.
Quando expressa em função da entropia S, número de elementos N, e da pressão P - para o caso de sistemas termodinâmicos mais simples - a entalpia {\displaystyle H=H_{(S,P,N)}} é, assim como o são as respectivas Transformadas de Legendre associadas, a saber a Energia livre de Helmholtz {\displaystyle F=F_{(T,V,N)}}, a Energia livre de Gibbs {\displaystyle G=G_{(T,P,N)}} e a energia interna {\displaystyle U=U_{(S,V,N)}}, uma equação fundamental para os sistemas termodinâmicos em consideração. 
A partir de uma equação fundamental é possível via formalismo matemático inerente à termodinâmica obter-sequalquer informação física relevante para o sistema por ela descrito. Se a entalpia encontrar-se expressa em função de outras grandezas que não as mencionadas, esta constituirá apenas uma equação de estado e não em uma equação fundamental. Uma equação de estado não encerra em si todas as informações acerca do sistema; contudo a partir de todas as equações de estado do sistema é possível deduzir-se uma equação fundamental, e em consequência, via transformadas de Legendre, todas as demais.
EXEMPLO:
CH4(g) + 2O2(g) ---> CO2(g) + 3H20(l) 
obs.: as reação de combustão tem geralmente oxigênio no reagente, dióxido de carbono e agua no produto. 
Entalpia-padrão de formação
O delta H para a formação de uma substancia exclusivamente a partir de reagentes que sejam substancias simples_ todas no estado padrão, no estado físico e na variedade alotropica mais estáveis_ é denominado entalpia padrão de formação da substancia 
1/2N2(g) + 3/2H2(g) ---> NH3 DELTA H= -45,9
Energia de ligação 
Denomina-se energia de ligação a variação de entalpia da reação em que um mol da reação é quebrado,estando os reagentes e produtos dessa quebra no estado gasoso. 
C2H4 + H2 ---> C2H6 +2696Kj -2820KJ DELTA H= -124kj
Para essa reação basta subitrair:[ soma de reagentes] - [soma do produto] 
ENTROPIA
A entropia (do grego εντροπία, entropía), unidade [J/K] (joules por kelvin), é uma grandeza termodinâmica que mensura o grau de irreversibilidade de um sistema, encontrando-se geralmente associada ao que denomina-se por "desordem", não em senso comum [Nota 1], de um sistema termodinâmico. Em acordo com a segunda lei da termodinâmica, trabalho pode ser completamente convertido em calor, e por tal em energia térmica, mas energia térmica não pode ser completamente convertida em trabalho. Com a entropia procura-se mensurar a parcela de energia que não pode mais ser transformada em trabalho em transformações termodinâmicas à dada temperatura.
A parcela de energia interna de um sistema em seu equilíbrio termodinâmico que não pode mais ser convertida em trabalho à temperatura de equilíbrio pode ser determinada pelo produto da entropia S pela temperatura absoluta T do sistema no respectivo estado, encontrando-se disponível à execução de trabalho por tal apenas a parcela {\displaystyle F=U-TS} da energia interna U em consideração. A parcela de energia interna F que pode ser convertida em trabalho, assim como a entropia, é uma função de estado do sistema, e por tal dá origem a um potencial termodinâmico: a energia livre de Helmholtz do sistema em consideração.
A entropia é uma grandeza que busca mensurar não a energia tampouco a matéria totais encerrada pelas fronteiras do sistema termodinâmico, mas sim como esta matéria e esta energia encontram-se armazenadas e distribuídas no sistema definido por tais fronteiras. Assim, embora uma grandeza bem distinta das grandezas massa, energia interna e quantidade de matéria, a entropia de um sistema encontra-se certamente relacionada às grandezas citadas, sendo, da mesma forma que as anteriores, uma propriedade do sistema. A fim de definir-se um sistema simples especificam-se a energia interna U, a massa m - especificamente a quantidade de matéria N e a natureza das partículas que integram o sistema - e o seu volume V, e ao fazê-lo determina-se também, de forma automática, o valor da entropia S do sistema - uma grandeza escalar - no estado final a ser atingido uma vez dado tempo suficiente para que todos os processos necessários aconteçam. Assim a entropia S nos estados de equilíbrio termodinâmico é uma função das grandezas antes citadas.
Ver-se-á que os processos que levam o sistema do estado inicial logo após ter sido isolado até o estado de final - o estado de equilíbrio termodinâmico - ocorrem sempre de forma a provocarem aumentos - ou no limite a manutenção - do valor da entropia do sistema. Não ocorrem processos que impliquem a diminuição da entropia total de um sistema isolado. A entropia é, pois, uma função de estado que obedece a um princípio de maximização, o "princípio da máxima entropia": a entropia em um estado de equilíbrio termodinâmico - satisfeitas as restrições impostas ao sistema - é sempre a máxima possível.
A entropia é uma função de estado cujo valor sempre cresce durante processos naturais em sistemas isolados; e quando escrita em função das grandezas extensivas energia interna U, volume V e número de elementos N - no caso dos sistemas termodinâmicos mais simples - a entropia {\displaystyle S=S_{(U,V,N)}} é, assim como as respectivas Transformadas de Legendre, uma equação fundamental para o sistema termodinâmico em questão. É, então, possível, a partir desta e de todo o formalismo termodinâmico, obter-se qualquer informação física relevante para o sistema em estudo.
Se expressa em função de uma ou mais grandezas que não as citadas - cônjugas a si - a expressão para a entropia S reduz-se a uma mera equação de estado. As equações de estado, embora relacionem valores de grandezas termodinâmicas nos estados de equilíbrio, não retêm em si, individualmente, todas as informações acerca do sistema. É necessário o conhecimento de todas as equações de estado para recuperar-se a completeza acerca das informações - para a partir delas se estabelecer uma equação fundamental - e via transformada de Legendre, se estabelecer qualquer das demais equações fundamentais - se desejada.
EXEMPLO:
Quando entropia diminui, ocorre na formação da amônia a partir do nitrogênio e do hidrogênio; pois o número de moléculas na fase gasosa diminui, assim a desordem também é menor. Na figura a seguir isso é mostrado, relacionando-se também com a energia livre (ΔG) e com a constante de equilíbrio (Keq). Observe como a quantidade de moléculas do sistema diminui, tornando-o mais organizado:
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
BOLES, Michael A.; CENGEL, Yunus A.; TERMODINÂMICA. 7ª Edição, Amgh Editora. São Paulo, 2013.
PÁDUA, Antonio Braz de.; TERMODINÂMICA - UMA COLETÂNEA DE PROBLEMAS.1ª Edição, Livraria Da Física. São Paulo, 2006.
OLIVEIRA, Mário José de.; TERMODINÂMICA . 2ª Edição, Livraria Da Física. São Paulo, 2012.
WYLEN, Gordon J. Van.; FUNDAMENTOS DA TERMODINÂMICA CLÁSSICA. 4ª Edição, Editora Blucher. São Paulo, 2012.