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1 PRINCÍPIOS DE TERMODINÂMICA 2 calor força,movimento TERMODINÂMICA Conceitos Básicos 3 Energia potencial gravítica, mgh Energia cinética de rotação das pás Energia interna das moléculas de água Conceitos Básicos 4 Temperatura INTERPRETAÇÃO MICROSCÓPICA: Medida da energia cinética média dos átomos ou moléculas que constituem o sistema. GASES: energia cinética de translação SÓLIDOS: energia cinética de vibração 5 Escalas de Temperatura 6 Escala Celsius ( ) ( ) 273,15oT C T K= − 273,15 0,01 0 273,15 o o K C K C → → − 7 Escala Rankine e Fahrenheit ( ) 1,8 ( )oT R T K= ( ) ( ) 459,67o oT F T R= − ( ) 1,8 ( ) 32o oT F T C= + Escala Rankine Escala Fahrenheit 8 Lei Zero da Termodinâmica SISTEMA C SISTEMA A SISTEMA B SISTEMA C SISTEMA A SISTEMA B A temperatura é a propriedade que é comum a sistemas que se encontram em equilíbrio térmico (mesma classe de equivalência). Dois sistemas (A e B) em equilíbrio térmico com um terceiro sistema (C) estão também em equilíbrio térmico um com o outro. 9 Gás ideal As moléculas não interagem entre si. Os choques entre as moléculas e as paredes do recipiente são perfeitamente elásticos (não há perda de energia). As dimensões das moléculas são desprezíveis em comparação com o volume do recipiente. O movimento das moléculas é permanente e totalmente aleatório. Estado de um gás: conjunto de diversas variáveis macroscópicas 10 Transformações gasosas particulares Diagrama P X V de uma transformação isotérmica Transformação isotérmica (lei de Boyle-Mariotte) 11 Transformações gasosas particulares Diagrama P X V de uma transformação isobárica Transformação isobárica (lei de Gay-Lussac) 12 Transformações gasosas particulares Diagrama P X V de uma transformação isovolumétrica Transformação isovolumétrica (lei de Charles) 13 Lei geral dos gases ideais Equação de Clapeyron Valores mais usados para a constante universal dos gases ideais R: R = 0,082 atm.L/mol.K R = 8,31 J/mol.K 14 Sistema Termodinâmico Certa quantidade de massa delimitada por uma fronteira. Vizinhança do sistema: O que fica fora da fronteira 15 Sistema Termodinâmico SISTEMA ABERTO Sistema que não troca massa com a vizinhança, mas permite passagem de calor e trabalho por sua fronteira. SISTEMA FECHADO Sistema que não troca energia nem massa com a sua vizinhança. 16 Transformação VARIÁVEIS DE ESTADO P1 V1 T1 U1 ESTADO 1 TRANSFORMAÇÃO VARIÁVEIS DE ESTADO P2 V2 T2 U2 ESTADO 2 17 Processos “Caminho” descrito pelo sistema na transformação VARIÁVEIS DE ESTADO P1 V1 T1 U1 ESTADO 1 TRANSFORMAÇÃO VARIÁVEIS DE ESTADO P2 V2 T2 U2 ESTADO 2 Processos Durante a transformação Isotérmico temperatura constante Isobárico Pressão constante Isovolumétrico volume constante Adiabático É nula a troca de calor com a vizinhança. 18 Transformações 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 Sistema Fechado 19 Primeira Lei da Termodinâmica Q = W + ΔU 20 Variação da Energia Interna Q = W + ∆U Gás ΔU depende apenas de ΔT Como U é uma variável de estado, ΔU não depende do processo. Expansão nula → W = 0 Q = ∆U 21 Variação da Energia Interna A energia interna de um gás é função apenas da temperatura absoluta T. ΔT = 0 → ΔU = 0 ΔT > 0 → ΔU > 0 ΔT < 0 → ΔU < 0 22 Variação da Energia Interna 23 Calor O calor, Q, que passa pelas fronteiras do sistema depende do processo. 24 Trabalho ∆U = Q - W O trabalho que atravessa a fronteira depende do processo? 25 Trabalho W = F.d Sendo, F = P.S Logo, W = P.S.d Fazendo, S.d = ΔV = V2 – V1 Assim, W = P.ΔV W depende de como a pressão e volume mudam no processo. 26 Processo isovolumétrico Q = m cV (T2-T1) ∆V = 0 → W = 0 → ∆U = Q cV = Calor específico a volume constante Transformação a volume constante 27 Processo isobárico Transformação a pressão constante Q = m cP (TB - TA) W = Po [VB-VA] → Q = W + ∆U cP = Calor específico a pressão constante 28 Processo Isotérmico Transformação à temperatura constante Êmbolo movimentado lentamente ∆T=0 → ∆U = 0 Q = W + 0 Q = W 29 Processo adiabático Transformação sem troca de calor Movimento rápido do êmbolo. Q = 0 W Área sob o gráfico O processo ocorre tão rapidamente que o sistema não troca calor com o exterior. Q = W + ∆U Q = 0 → ∆U= - W W = -∆U Compressão adiabática Trabalho transforma-se em calor 30 Processos cíclicos Wciclo > 0 → Qciclo > 0 O sentido do ciclo no diagrama P×V : horário. O sistema recebe Q e entrega W 31 Processos cíclicos 3. Wciclo = ΣW = área 12341 1a Lei da Termodinâmica Qciclo = Wciclo + ∆Uciclo Qciclo = Wciclo 1. ∆Uciclo = Σ∆U = 0 pois Tfinal = Tinicial 2. Qciclo = ΣQ 32 Segunda lei da termodinâmica É impossível construir um dispositivo que, operando em um ciclo termodinâmico, converta totalmente o calor recebido em trabalho. W Esquema de máquina térmica. A segunda lei garante que há perda de calor na realização de trabalho. 33 Segunda lei da termodinâmica | W | Rendimento de máquinas térmicas Nenhuma máquina térmica apresenta 100% de rendimento. 34 Ciclo de Carnot Carnot descobriu o ciclo teórico capaz de extrair o máximo rendimento de uma máquina térmica. O ciclo de Carnot compreende duas transformações isotérmicas (linhas azuis) e duas transformações adiabáticas (linhas vermelhas). 35 Ciclo de Carnot Rendimento do ciclo de Carnot T é a temperatura em Kelvins
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