aula termodinamica 20081

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1ª e 2a Leis
da Termodinamica
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Termodinâmica é a ciência que trata
 do calor e do trabalho
 das características dos sistemas e
 das propriedades dos fluidos termodinâmicos
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Sadi Carnot
1796 - 1832
James Joule
1818 - 1889
Rudolf Clausius
1822 - 1888
Wiliam Thomson
Lord Kelvin
1824 - 1907
Emile Claupeyron
1799 - 1864
Alguns ilustres pesquisadores 
que construiram a termodinâmica
*
Nasceu em 
Salford - Inglaterra
James P. Joule
(1818-1889)
Contribuição de James Joule.
As contribuições de Joule e outros levaram ao surgimento de uma nova disciplina: 
a Termodinâmica
Lei da Conservação de 
Energia
1a Lei
 da Termodinâmica
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Para entender melhor a 
1a Lei de Termodinâmica 
é preciso compreender as características dos sistemas termodinâmicos e os caminhos “percorridos” pelo calor...
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Certa massa delimitada por uma fronteira. 
Vizinhança do sistema.
O que fica fora da fronteira
Sistema fechado
Sistema que não troca energia nem massa com a sua vizinhança.
Sistema Aberto
Sistema que não troca massa com a vizinhança, mas permite passagem de calor e trabalho por sua fronteira.
Sistema Termodinâmico
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Transformação
P1
V1
T1
U1
P2
V2
T2
U2
Estado 1
Estado 2
Transformação
Variáveis de estado
Variáveis de estado
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“Caminho” descrito pelo sistema na transformação .
Processos
P1
V1
T1
U1
P2
V2
T2
U2
*
Transformações
1a Lei da Termodinâmica
ΔU = U2 – U1
Variação Energia Interna
W > 0 → sistema realiza trabalho
W < 0 → sistema sofre trabalho
Q > 0 → sistema recebe calor 
Q < 0 → sistema perde calor
1a Lei
Q = W + ΔU
Sistema Fechado
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Q = W + ∆U 
Gás
Expansão nula
W = 0
Δ U = Q 
ΔU depende apenas de ΔT. 
ΔT = 0 → ΔU = 0
ΔT > 0 → ΔU > 0
ΔT < 0 → ΔU < 0
 Como U é uma variável de estado, ΔU não depende do processo.
Variação da Energia Interna
A energia interna de um gás é função apenas da temperatura absoluta T.
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O calor Q que passa pelas fronteiras do sistema depende do processo.
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∆V = V2 -V1
∆U = Q - W
W
depende de como a pressão e volume mudam no processo.
W = F.d
F = Pr.S
W = Pr.S.d
W = Pr.ΔV
.
O trabalho que atravessa a fronteira depende do processo?
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P1V1 = nRT1
 Estado 1
no de moles
Constante dos gases
R  = 8,31 J/mol.K = 2 cal/mol.K
Diagramas P x V
Gases ideais
1
P1
V1
T1
Como as variáveis de estado se relacionam?
Equação de estado
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1ª Lei da Termodinâmica
W = 0
Q = m  CV  (T2-T1)
Calor específico 
a volume constante
U = Q 
∆V = 0
Transformação de 1 → 2
Volume invariável
Isovolumétrica
Processo isovolumétrico Transformação a volume constante
Q = W + U 
*
Q =   + m CP (TB - TA)
calor específico
 a pressão constante
W = Po [VB-VA]
1ª Lei da Termodinâmica
Q = W + U 
Transformação a pressão constante
Processo isobárico
*
Êmbolo movimentado lentamente
∆U = 0 → ∆T=0 
Transformação à temperatura constante
 Q = W
Q = W + 0
Processo Isotérmico
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Movimento rápido do êmbolo.
Q = 0
W = -   ∆U 
Primeira Lei da Termodinâmica
Q = W + ∆U 
Q = 0 → ∆U= - W
Compressão adiabática
Trabalho transforma-se em calor
Q = 0
O processo ocorre tão rapidamente que o sistema não troca calor com o exterior.
W
Área sob o grafico 
Processo adiabático Transformação sem troca de calor
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3.- Wciclo = W = área 12341
Wciclo > 0 → Qciclo  0
O sentido do ciclo no diagrama PV :  horário. 
O sistema recebe Q e entrega W 
1a Lei da Termodinâmica
Qciclo = Wciclo + ∆Uciclo 
Qciclo =  Wciclo
1.- ∆Uciclo = ∆U = 0 pois Tfinal = Tinicial
2.- Qciclo = Q
Processos cíclicos
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“Trabalham” em ciclos.
Máquinas Térmicas
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Fonte quente
Fonte fria
Trabalho
Ciclo
De onde a máquina retira calor QHot.
Para onde a máquina rejeita calor QCold
A máquina de Denis Papin 1647 - 1712
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Em cada ciclo 
W = Q1-Q2
Eficiência = W/Q1= (Q1-Q2)/Q1
ε = [1 – Q2/Q1]
∆U = 0
Eficiência térmica: 1ªLei
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Refrigerador
12: compressão adiabática em um compressor 
23: processo de rejeição de calor a pressão constante 
34: estrangulamento em uma válvula de expansão (com a respectiva queda de pressão) 
41: absorção de calor a pressão constante, no evaporador 
Ciclo Refrigerador
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Qual o limite da eficiência de uma máquina térmica ?
ε = [1 – Q2/Q1]
Q1 → 0
ε → 1
É possível construir esta máquina?
ε → 100%
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A eficiência da Máquina de Carnot
No ciclo:
 ∆U=0 → W = Q1 - Q2
 ε = W/Q1 = [Q1-Q2]/Q1  =  1 -  Q2/Q1 
  Q2/Q1 = T2/T1 
ε =  (1 -  Q2/Q1) = (1 - T2/T1)
ε = 1 - T2/T1
Princípio de Carnot
"Nenhuma máquina térmica real, operando entre 2 reservatórios térmicos T1 e T2 , pode ser mais eficiente que a "máquina de Carnot" operando entre os mesmos reservatórios"
BC e DA = adiabáticas
Ciclo reversível
A máquina ideal de Carnot