Termodinâmica 01 Conceitos

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TERMODINÂMICA
Aula 01 - Fundamentos
Prof. Dr. Sergio Turano de Souza
PREFÁCIO
No mundo moderno industrializado, a energia vem cada vez mais,
ocupando lugar de destaque na rotina do homem, tornando-se
imprescindível para a vida no planeta. A energia participa de fenômenos
que vão do movimento de um interruptor para acender uma lâmpada até o
acionamento das turbinas de um avião para levar ao ar centenas de
toneladas.
Partindo de sua forma primitiva, tal como o Sol, petróleo, gás natural ou as
águas de uma represa, a energia passa por transformações até assumir
uma forma utilizável pelo homem, como a eletricidade, o calor ou o trabalho
mecânico.
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As transformações energéticas não ocorrem de maneira aleatória. Elas
seguem leis naturais que são formuladas pela termodinâmica.
• A primeira lei estabelece uma balanço energético segundo o qual a
energia não se cria nem se extingue: ela se transforma, mantendo a
quantidade original.
• A segunda lei estabelece a quantidade de energia primitiva que pode ser
transformada em trabalho mecânico, dando origem ao conceito de
rendimento energético.
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INTRODUÇÃO E DEFINIÇÕES
A termodinâmica tem sido estudada desde os tempos antigos, mas seu
estudo formal começou nos primórdios do século XIX através da
capacidade de corpos quentes produzirem trabalho.
Hoje o estudo da Termodinâmica é muito mais abrangente como o uso de
combustíveis fósseis de forma mais eficaz, o apoio a tecnologias
envolvendo energia renovável e o desenvolvimento de combustíveis mais
eficiente para os meios de transporte.
Ainda temos questões referentes às emissões de gases de efeito estufa e à
poluição do ar e da água.
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Algumas Áreas de Utilização da Termodinâmica Aplicada à Engenharia
Sistema de propulsão de aeronaves e foguetes
Sistemas alternativos de energia
Células combustíveis
Conversores magneto-hidrodinâmicos
Geração de potência por energia térmica dos oceanos, energia das ondas e marés
Geração de potência, aquecimento e resfriamento ativados por energia solar
Dispositivos termoelétricos
Turbinas eólicas
Motores de automóveis
Aplicações na bioengenharia
Aplicações biomédicas
Sistemas de combustão
Compressores, bombas
Resfriamento de equipamentos eletrônicos
Sistemas criogênicos, separação e liquefação de gases
Sistemas de aquecimento, ventilação e ar condicionado
Refrigeração por absorção e bombas de calor
Refrigeração por compressão de vapor e bombas de calor
Turbinas a gás e a vapor
Produção de potência
Propulsão
Estação Espacial 
Internacional
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A termodinâmica (do grego θερμη, therme, significa "calor" e δυναμις, dynamis, significa
"potência") é o ramo da física que estuda as causas e os efeitos de mudanças na
temperatura, pressão e volume - e de outras grandezas termodinâmicas fundamentais em
casos menos gerais - em sistemas físicos em escala macroscópica.
Grosso modo, calor significa "energia" em trânsito, e dinâmica se relaciona com
"movimento". Por isso, em essência, a termodinâmica estuda o movimento da energia e
como a energia cria movimento.
Historicamente, a termodinâmica se desenvolveu pela necessidade de aumentar-se a
eficiência das primeiras máquinas a vapor, sendo em essência uma ciência experimental,
que diz respeito apenas a propriedades macroscópicas ou de grande escala da matéria e
energia.
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Considerações históricas
A breve história da termodinâmica começa com Guericke, que em 1650 projetou e construiu a primeira
bomba de vácuo do mundo, e o primeiro vácuo artificial do mundo, através dos hemisférios de
Magdeburgo. Ele foi incentivado pela busca em provar a invalidade da antiga percepção de que "a
natureza tem horror ao vácuo" e de que não poderia haver vazio ou vácuo, "pois no vácuo todos os
corpos cairiam com a mesma velocidade" tal como descreveu em ambos os casos Aristóteles.
Otto von Guericke
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Logo após este evento, o físico e químico irlandês Robert Boyle tomou ciência dos experimentos
de Guericke, e em 1656, em coordenação com o cientista inglês Robert Hooke, construiu uma
bomba de ar. Usando esta bomba, Boyle e Hooke perceberam uma correlação
entre pressão, temperatura e volume.
Com isso foi formulada a Lei de Boyle, a qual estabelece que a pressão e o volume são
inversamente proporcionais. Então, em 1679, baseado nestes conceitos, um conhecido de Boyle
chamado Denis Papin construiu um forno de pressão (marmita de Papin), que era um vaso fechado
com uma tampa fechada hermeticamente que confinava o vapor até alta pressão ser gerada.
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Projetos posteriores incluíram uma válvula de alívio para o vapor, evitando que
o recipiente explodisse devido à alta pressão. Observando o movimento rítmico
da válvula de alívio para cima e para baixo, Papin concebeu a idéia de uma
máquina constituída de um pistão e um cilindro. Mas Papin não seguiu adiante
com a ideia.
Foi somente em 1697, baseado nas ideias de Papin, que o engenheiro Thomas
Savery construiu a primeira máquina a vapor. Embora nesta época as
máquinas fossem brutas e ineficientes, elas atraíram a atenção dos principais
cientistas da época. Um destes cientistas foi Sadi Carnot, o "pai da
termodinâmica", que em 1824 publicou "Reflexões sobre a Potência Motriz do
Fogo", um discurso sobre o calor, potência e eficiência de máquina.
O texto trouxe as relações energéticas básicas entre a máquina de Carnot,
o ciclo de Carnot e a potência motriz. Isto marcou o início da termodinâmica
como ciência moderna.
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Datas e personagens na História da Termodinâmica
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Termometria: tentativas de medir o grau de calor
Invento do termômetro: Robert Fludd, Cornelius Drebbel, Santorio
1624 – J. Leurechon descreve um termômetro de ar. Seus defeitos foram
levantados por Pascal (1648) e Boyle (1662)
1694 – Renaldini: pontos fixos - a fusão do gelo e a ebulição da água
1632 - Jean Rey: primeira menção a um termômetro de líquido
1708 - Ole Römer e Daniel Fahrenheit. Termômetros com dois pontos de
referência e o emprego do mercúrio como liquido termométrico
1743 – J.P. Christin e Andres Celsius: termômetro de mercúrio com a escala
centígrada. Adaptada mais tarde pela Comissão de Pesos e Medidas criada pela
revolução francesa em 1794
1730 – J.A. Deluc e René Réaumur: escala termométrica de 80 graus
1779 – J.H. Lambert, determina em -270º C, o valor do zero absoluto
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Invento do termómetro
O astrônomo italiano Galileo Galilei (1564 – 1642) foi
um dos primeiros a construir um termômetro em
1593, em Florença.
O termômetro florentino mostrado na figura, surgiu
logo a seguir. Ele registrava mudanças de
temperatura pela elevação e queda das bolas de
vidro no interior de tubos com água.
O livro de Perguntas & Respostas
Coleção Aventura Visual
Editora Globo, 1994
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Medidas de temperaturas elevadas
1782 – Pirômetro de Wedgwood (constituído de cilindros de argila seca)
1836 – Pirômetro de Pouillet (termômetro a gás com depósito de platina)
1828 e 1855 – Pirômetros de Princep e de Appold (baseado na fusão e ebulição de corpos)
1886 – 1891 – Pirômetros de Siemens e Callendar (resistência elétrica)
1896 – Holborn e Wien: termopar de ródio - platina
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Prof. Sergio Turano de SouzaNatureza do calor
Teoria do calórico: o calor como um fluido imponderável: Pierre Gassendi (astrónomo e
filósofo francés), Lavoisier e Bertholet (químicos franceses), William Thomson (Lord Kelvin),
William Cleghorn (Edimburgh, 1779)
Mecanicistas: o calor resulta do movimento das partículas: Francis Bacon e Robert Hooke
1798 - Benjamin Thompson (conde Rumford):
observa a produção de calor na perfuração dos canos
para canhões (calor gerado pela fricção). Suas
experiências forneceram um argumento contra a hipótese
do calórico.
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Benjamin Thompson, Conde Rumford (1753 – 1814)
Um dos deveres de Rumford, como diretor do Arsenal, era supervisionar a boca dos canhões.
Ao observar a perfuração de canos de canhões numa fábrica de armas em Munique, percebeu
que enormes quantidades de calor eram geradas por atrito entre os retorneadores e os canos
metálicos das armas. Era necessário mergulhar a peça num tanque com água, a qual aquecia a
ponto de ferver.
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Este comportamento não podia ser explicado pela teoria do calórico. Se o calor constituísse
um fluido, seria consumido muito depressa, mais o calor gerado pelo atrito continuava a ser
liberado enquanto os canos estavam sendo perfurados. Na década de 1790, Rumford
concluiu que o calor devia ser uma forma de movimento.
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Termometria: medição do calor
Experiências de calorimetria: temperatura de equilibrio resultante da mistura de água
e outros líquidos: Jean Baptiste Morin (1661), G.W. Krafft (1744), W. Richmann
(1747), J.C. Wilcke (1772)
1760 - Joseph Black: no estudo da fusão do
gelo descobre a noção de calor latente. Ele fez a
distinção entre temperatura e calor. Black
achava que a capacidade térmica era a
quantidade de calor que uma substância pode
reter. Mas, na realidade, trata-se da quantidade
de energia necessária para se elevar a
temperatura de uma substância até um dado
valor.
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Reconhece a relação ente a área compreendida
numa curva P-V e o trabalho produzido pela
máquina térmica.
Fez importantes aperfeiçoamentos nas
máquinas a vapor, a ponto de estimular a
Revolução Industrial.
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Termometria: medição do calor
1772 – Wilcke introduz – sem caraterizar - a noção de calor específico.
1783 – Lavoisier e Laplace, numa comunicação à Academia das Ciências de Paris,
deram ao calor específico o seu conceito atual. Construção do primeiro calorímetro
(1789)
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Visão em corte de um calorímetro de gelo
dos cientistas Lavoisier (1743-1794) e
Laplace (1749-1827). Com este aparelho
mede-se a quantidade de calor liberado por
um objeto quente à medida que ele esfria. O
objeto esfria ate o ponto em que para de
derreter o gelo, adquirindo a mesma
temperatura deste. A água derretida é
escoada pelo fundo do calorímetro. O peso
dela determina a capacidade térmica do
objeto.
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1813 – Delaroche e Bérard: medidas de calor específico de gases a P cte.
1819 – Clément e Desormes: determinação da razão g = CP/Cv
1820 – Dulong e Petit: medidas de calor específico de sólidos simples
1824 – Sadi Carnot: experiências com motor a vapor (a fonte de calor, a água e o vapor, e o
condensador como recipiente de calor). Introduz o conceito de ciclo e estudou a
transformação de calor em trabalho
1834 – Clapeyron fornece o formalismo matemático e geométrico da teoria das máquinas
térmicas de Carnot
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Thomas Seebeck (1770-1831) estudou os efeitos do calor sobre condutores. Num circuito
formado por duas tiras de metal, Seebeck aqueceu uma das extremidades da junção,
observando o movimento de uma bússola entre as tiras. A corrente elétrica é gerada
quando as junções estão com temperaturas diferentes, e o campo magnético produzido
pela corrente desvia a agulha da bússola.
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Calorímetro de gases
Projetado pelo inglês Charles Boys (1855-1944)
para determinar quanta energia está contida num
combustível fóssil. O gás é queimado no interior,
aquecendo a água. Medindo-se a elevação da
temperatura da água, pode-se calcular o valor
calorífico do gás que queima.
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Estudos de condutividade térmica
Em metais: Biot e Despretz (1816), Wiedemann e Franz (1853), Angström (1861), F.
Neumann (1862), Kirchhoff (1880) e Kohlrausch (1900).
Em cristais: Sénarmont (1847), von Lang (1868), Jannettaz (1873) e Roentgen (1874)
Líquidos (água): Despretz (1839), Guthrie (1868), Winkelmann (1880) e Wachsmuth
(1893)
Gases: Magnus (1861), Narr (1871), Stefan (1872), Winkelmann (1872 a 1893) e Andrews
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1842 – Julius R. von Mayer propõe
que a energia de um sistema
fechado é constante: Principio da
conservação da energia. Em 1845
fornece um valor ao equivalente
mecânico da unidade de calor.
Teoria moderna do calor
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1847 - James Joule estudou o trabalho
realizado por um gás quando se expande e
o calor gerado quando se comprime.
Determinou a quantidade de trabalho
necessária para gerar uma quantidade
determinada de calor (a equivalência entre
a energia mecânica e o calor).
Teoria moderna do calor
Posteriormente, Hirrn (1858), Rowland (1880) e Miculescu (1892)
determinam o equivalente mecânico do calor com maior precissão
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Referências bibliográficas
Prof. Dr. José Pedro Donoso – “Datas e personagens na História da Termodinâmica” Instituto de 
Física de São Carlos – IFSC
Colin A. Ronan, História Ilustrada da Ciência. Univ. de Cambridge (Zahar, 1987)
Freeman J. Dyson, Scientific American 191 (3) 58 – 63 (1954)
D.S.L. Cardwell, La Recherche 5 (48), 726 - 733 (Sept. 1974)
G.N. Hatsopoulos, J.H. Keenan, Principles of General Thermodynamics (Wiley 1965)
Robert Locqueneux, Histoire de la Physique. Collection Que sais je? (PUF 1987)Jose Maria F. Bassalo, Crônicas da Física, Tomo 3 (Editora UFPA, Belém, 1992)
René Taton (direção), Historia Geral das Ciências (Difusão Europeia do Livro, 1960)
Armando Gibert, Origens Históricas da Física Moderna. Fundação Calouste Gulbenkian, Lisboa, 1982
Raymond A. Serway, Physics (4th edition, Saunders College, 1996)
Nelson Studart: Historia da Física. Apresentação em power point (UFSCar)
2. Máquinas Térmicas
Uma máquina térmica é um dispositivo cíclico cujo objetivo é converter a maior quantidade possível de
calor em trabalho. Essas máquinas contém uma substância de trabalho (água, por exemplo, nas
máquinas a vapor).
A máquinas a vapor foram inventadas no século XVIII para bombeamento de água em minas de carvão.
Hoje em dia, máquinas térmicas são utilizadas para gerar eletricidade.
Água líquida sob alta pressão absorve
calor de um reservatório de alta
temperatura até vaporizar (~500 ºC). O
vapor se expande contra um pistão (ou
pás de uma turbina) e sai com uma
temperatura muito menor. O vapor é
resfriado ainda mais no condensador,
onde se condensa e libera o calor para um
reservatório de baixa temperatura. A água
é então bombeada de volta para o
aquecedor e aquecida novamente.
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Diagrama esquemático de
uma máquina térmica usada
em muitos automóveis.
Uma mistura de vapor de
gasolina e ar entra na câmara
de combustão, enquanto o
pistão se move para baixo. A
mistura é comprimida e
ocorre a ignição por uma
faísca. Os gases aquecidos se
expandem, levando o pistão
para baixo. Na sequência, os
gases são expelidos através da
válvula de exaustão e o ciclo
se repete.
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3. Definindo Sistemas
Um passo importante em qualquer análise científica consiste em descrever de forma
precisa o que está sendo estudado.
Na termodinâmica o termo sistema é usado para identificar o objeto da análise.
Uma vez que o sistema é definido e as interações relevantes com os outros sistemas
são identificadas, uma ou mais leis físicas são aplicadas.
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O sistema é tudo aquilo que desejamos estudar.
Ele pode ser tão simples como um corpo livre ou tão complexo quanto um refinaria
química inteira.
Podemos desejar estudar uma quantidade de matéria contida em um tanque fechado e de
paredes rígidas, ou considerar algo como o escoamento de gás natural em um gasoduto.
A composição da matéria dentro de um sistema pode ser fixa ou variar em função de
reações químicas ou nucleares.
A forma ou o volume do sistema que está sendo analisado não é necessariamente
constante, como no caso de um gás no interior de um cilindro comprimido por um pistão
ou quando um balão é inflado.
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Tudo que é externo ao sistema é considerado das vizinhanças do sistema.
O sistema é distinguido de suas vizinhanças por uma fronteira especificada, que pode estar
em repouso ou em movimento. (veremos que as interações entre o sistema e suas
vizinhanças, que ocorrem ao longo da fronteira, representam uma parte importante na
termodinâmica aplicada à engenharia).
Estudaremos basicamente dois tipos de sistemas: sistemas abertos e sistemas fechados.
Um sistema fechado refere-se a uma quantidade fixa de matéria, enquanto um sistema
aberto é uma região do espaço através da qual pode ocorrer fluxo de massa.
O termo massa de controle é usado algumas vezes no lugar de sistema fechado, e o termo
volume de controle é usado como alternativa para sistema aberto.
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3.1 Sistema Aberto
Um sistema que permite a passagem de massa através de sua fronteira, podendo ainda
transferir energia na forma de calor ou trabalho, denomina-se sistema aberto. Para permitir a
passagem de massa, a fronteira deve ser parcialmente constituída por uma superfície virtual.
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água
Fronteira móvel
Fronteira virtual
O sistema é aberto, pois tem uma
fronteira imaginária pela qual entra água.
A entrada desse fluido provoca o
movimento do pistão, que é uma parte da
fronteira real desse sistema. O
deslocamento do pistão indica queo
sistema realiza um trabalho;
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3.2 Sistema Fechado
Um sistema constituído por um fronteira que não permite passagem de massa é um sistema
fechado. Nesse caso, o sistema é envolvido por uma fronteira real, podendo ser fixa ou móvel,
através da qual pode haver transferência de calor e trabalho. Uma panela de pressão é um exemplo
de sistema fechado sem o envolvimento de trabalho. Se a fronteira é móvel o sistema troca trabalho
com o meio pelo movimento.
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gás
F
Fronteira móvel
3.3 Sistema Isolado
Quando uma fronteira do sistema não permite a passagem de massa, calor e trabalho, o sistema é
isolado. Nesse caso, a sua fronteira é fixa e não permite que po sistema realize trabalho, e deve ser
real, para impedir a passagem de massa. Uma garrafa térmica fechada é, teoricamente, um bom
exemplo de sistema isolado.
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Sistema 
isolado
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4.1 Propriedades, Estado e Processo
Para descrever um processo e prever seu comportamento é necessário o conhecimento de suas
propriedades e de como estas propriedades estão relacionadas.
• Propriedade - característica macroscópica de um sistema, tal como massa, volume, energia, pressão
e temperatura, para as quais um valor numérico pode ser atribuído em um dado tempo sem o
conhecimento do comportamento prévio do sistema.
• Estado - refere-se à condição de um sistema como descrito por suas propriedades. Como
normalmente existem relações entre as propriedades de um sistema, com frequência o estado pode ser
especificado fornecendo-se o valor de um subconjunto dessas propriedades.
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• Processo - quando qualquer uma das propriedades de um sistema é alterada, ocorre uma
mudança de estado e diz-se que o sistema percorreu um processo. Um processo é uma
transformação de um estado a outro. Entretanto, se um sistema exibe o mesmo valor de suas
propriedades em dois tempos distintos ele está no mesmo estado nesses tempos. Um sistema
é dito em regime permanente de nenhuma de suas propriedades varia com o tempo.
Muitas propriedades são consideradas no decorrer do curso de Termodinâmica. A
termodinâmica também trata de grandezas que não são propriedades, como taxas de vazão
mássicas e transferência de energia por trabalho e calor. Uma grandeza é uma propriedade
se, e somente se, sua mudança de valor entre dois estados é independente do processo.
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Os processos termodinâmicos comumente considerados
É muitas vezes conveniente para estudar um processo termodinâmico, em que uma única
variável, tal como a temperatura, a pressão ou o volume, etc, é mantido fixo. Além disso, é útil
agrupar estes processos em pares, em que cada variável é mantida constante como um
membro de um par conjugado. Vários processos termodinâmicos comumente estudados são:
Processo isobárico: ocorre a pressão constante
Processo isocórico: ocorre a volume constante (também chamado isométrica / isovolumétrico)
Processo isotérmico: ocorre a uma temperatura constante
Processo adiabático: ocorre sem perda ou ganho de energia como calor
Processo isentrópico: a entropia permanece constante
Processo isentálpico: ocorre a uma entalpia constante
Processo isolado: nenhuma matéria ou energia (nem como trabalho nem na forma de calor) é
transferido para dentro ou para fora do sistema
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4. Descrevendo Sistemas e Seus Comportamentos
4.1 Pontos de Vista Macroscópico e Microscópico da Termodinâmica
Os sistemas podem ser estudados sob o ponto de vista macroscópico ou microscópico.
A abordagem macroscópica da termodinâmica → comportamento geral ou global (também
chamada de termodinâmica clássica).
Considere um gás em um recipiente (sistema) e um pistão móvel e um bico de Bunsen (vizinhança):
como o comportamento do gás é afetado pela ação do pistão e do bico de Bunsen?
Escolhermos grandezas observáveis para descrever o comportamento do sistema (pressão,
volume, temperatura). Essas grandezas, que são propriedades do sistema como um todo,
medidas em operações de laboratório, denominam-se grandezas macroscópicas ou grandezas
termodinâmicas.
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Agora do ponto de vista microscópico. A abordagem microscópica da termodinâmica, conhecida
como termodinâmica estatística (ou Mecânica Estatística) → se preocupa diretamente com a
estrutura da matéria.
Consideramos grandezas que descrevem os átomos e moléculas que constituem o sistema
(velocidades, energias, massas, momentos angulares, comportamentos durante colisões, etc.)
Objetivo da termodinâmica estatística → caracterizar por meios estatísticos o comportamento médio
das partículas que compõem o sistema de interesse e relacionar essa informação com o
comportamento macroscópico observado do sistema.
As propriedades microscópicas não estão associadas diretamente com nossas percepções
sensoriais.
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Em todo sistema as grandezas macroscópicas e microscópicas estão relacionadas → porque elas
são, simplesmente, maneiras diferentes de descrever a mesma situação.
Em particular, deve ser possível expressar as primeiras em termos das segundas.
Exemplo:
Pressão de um gás :
• macroscópico - é medida com um manômetro.
• microscópico - se relaciona com a taxa média por unidade de área com a qual as moléculas do
gás transferem quantidade de movimento ao fluido do manômetro, enquanto colidem contra sua
superfície.
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Grandeza termodinâmica Grandeza microscópica Relação por
Pressão quantidade de movimento média quadrática
Volume caminho livre médio somatório
Temperatura energia cinética média
Energia térmica energia cinética somatório
Energia química energia potencial (elétrica) somatório
Energia interna energia mecânica somatório
Entropia no de microestados logaritmo
Grandezas termodinâmicas (macroscópicas) e grandezas físicas microscópicas relacionadas
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4.3 Propriedades Extensivas e Intensivas
As propriedades termodinâmicas podem ser classificadas em duas classes gerais: extensivas e
intensivas.
• Propriedade extensiva - seu valor para o sistemas com um todo é a soma de seus valores para
as partes nas quais o sistema é dividido.
Exemplos: massa, volume, energia, etc.
As propriedades extensivas dependem do tamanho ou da extensão de um sistema, e podem
variar com o tempo.
Muitas análises termodinâmicas consistem basicamente em avaliar cuidadosamente as variações
de propriedades extensivas, como massa e energia, à medida que o sistema interage com suas
vizinhanças.
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• Propriedades intensivas - não são aditivas. Seu valores são independentes do tamanho ou
da extensão de um sistema, e podem variar de local para local no interior de um sistema em
qualquer momento.
Podem ser funções da posição e do tempo, enquanto propriedades extensivas podem variar
somente com o tempo.
Exemplos: volume específico, pressão, temperatura.
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EXEMPLO: Considere uma porção de matéria com a temperatura uniforme e imagine que ela é
composta de várias partes.
• A massa do conjunto é a soma das massas das partes;
• O volume total é a soma dos volumes das partes;
• A temperatura do todo não é a soma da temperatura das partes, é a mesma em toda a parte;
• Massa e volume são propriedades extensivas;
• Temperatura é uma propriedade intensiva.
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4.4 Equilíbrio
Termodinâmica → estados de equilíbrio e as mudanças de um estado de equilíbrio a outro.
Em mecânica, equilíbrio significa uma condição de estabilidade mantida por uma igualdade de
forças que se opõem.
Em termodinâmica o conceito é mais abrangente. Cada tipo de influência refere-se a um aspecto
particular ou geral do equilíbrio termodinâmico, entre estes estão os equilíbrios mecânico,
térmico, de fase e químico.
Teste para verificar se o sistema está em equilíbrio termodinâmico: isole o sistema de suas
vizinhanças e aguarde por mudanças em suas propriedades observáveis. Se não ocorrerem
mudanças, concluímos que o sistema estava em equilíbrio no momento em que foi isolado.
Pode-se dizer que o sistema está em um estado de equilíbrio.
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Quando um sistema está isolado, ele não pode interagir com suas vizinhanças. Entretanto, seu
estado pode mudar como uma consequência de eventos espontâneos que estejam ocorrendo
no seu interior, à medida que suas propriedades intensivas, tais como temperatura e a
pressão, tendam a valores uniformes.
Quando todas essas mudanças cessam o sistema está em equilíbrio.
No equilíbrio a temperatura é uniforme ao longo do sistema. Também a pressão pode ser
considerada uniforme (desde que o efeito da gravidade não seja significativo, caso contrário,
pode existir uma variação de pressão, como uma coluna vertical de líquido).
Não há exigência de que um sistema que passa por um processo esteja em equilíbrio durante
o processo. Estados intermediários podem ser estados de não equilíbrio. Para muitos
processos apenas conhecemos o estado antes de o processo ocorrer e o estado depois que o
processo é completado.
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A termodinâmica confirma nossa experiência cotidiana do fluir do tempo: existe passado,
presente e futuro, e os fenômenos na natureza, que presenciamos durante nossa vida, são
irreversíveis.
Por exemplo, se deixamos cair um copo de vidro no chão, ele se quebra. Este fenômeno não
é reversível, isto é, na natureza não é possível acontecer como num filme rodado ao
contrário, onde o copo quebrado no chão pode, no final da cena, acabar inteiro na nossa
mão.
Para discutir a irreversibilidade dos fenômenos, introduziu-se o conceito de equilíbrio
termodinâmico.
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De acordo com a termodinâmica, todos os sistemas tendem para o equilíbrio.
De fato, o equilíbrio é por definição o último estado atingido por um sistema livre de
perturbações; é uma raridade universal.
É importante apenas como um guia de comportamento, isto é, como uma indicação da
direção em que caminham os fenômenos naturais. Esta direção é realmente o problema
fundamental da termodinâmica. Dado um certo conjunto de condições iniciais e se
soubermos que o sistema caminhará espontaneamente para o equilíbrio, poderemos prever
o estado de equilíbrio.
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O equilíbrio de um sistema está sempre associado a uma medida ou a um conjunto de
medidas feitas no sistema em estudo.
Se, por exemplo, não há nenhum movimento, devido ao completo equilíbrio de forças, foi
atingido o equilíbrio mecânico. Se a composição química em todos os pontos não se
modifica com o tempo, o sistema estará em equilíbrio químico.
0 equilíbrio térmico está associado à ausência de fluxo térmico, devido ao fato de que a
temperatura é a mesma, em todos os pontos do sistema.
Quando todas as variáveis que especificam o estado termodinâmico permanecem
inalteradas,isto é, não mudam com o tempo, o sistema atingiu equilíbrio termodinâmico.
No equilíbrio nada muda, é a imobilidade completa do sistema.
Daí a dificuldade de conseguirmos um sistema deste tipo no universo em que vivemos.
O universo é, portanto, longe do equilíbrio.
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Bons Estudos
prof .Sergio Turano