Aula Termodinâmica

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TERMODINÂMICATERMODINÂMICA
ENGENHARIA FÍSICAENGENHARIA FÍSICA
20142014
Prof. Vivaldo CampoProf. Vivaldo Campo
UFSCARUFSCAR
 
JouleJoule
KelvinKelvin
CarnotCarnot
ClausiusClausius
GibbsGibbs
PlanckPlanck
MaxwellMaxwell
BoltzmannBoltzmann
 
A theory is the more impressive the greater the A theory is the more impressive the greater the 
simplicity of its premises, the more different simplicity of its premises, the more different 
kinds of things it relates, and the more extended kinds of things it relates, and the more extended 
its area of applicability.its area of applicability. 
Therefore the deep impression that classical Therefore the deep impression that classical 
thermodynamics made upon me. It is the only thermodynamics made upon me. It is the only 
physical theory of universal content which I am physical theory of universal content which I am 
convinced will never be overthrown, within the convinced will never be overthrown, within the 
framework of applicability of its basic concepts.framework of applicability of its basic concepts.
 
Princípio da conservaçãoPrincípio da conservação
 de energiade energia
The simplicity of its premises...The simplicity of its premises...
 
Sistemas Termodinâmicos são Sistemas Termodinâmicos são 
macroscópicosmacroscópicos
Propriedades Termodinâmicas Propriedades Termodinâmicas 
são simplessão simples
The simplicity of its premises...The simplicity of its premises...
 
 
 
Sistemas macroscópicos
evoluem (relaxam)
para um estado de equilíbrio
Valores médios são representativos
Flutuações são relativamente pequenas
 
Análise das FlutuaçõesAnálise das Flutuações
 
1
0.368
GaussianaGaussiana
 
Sistemas pequenos:Sistemas pequenos:
Flutuações de tamanho apreciávelFlutuações de tamanho apreciável
são comunssão comuns
 
Sistemas macroscópicos:Sistemas macroscópicos:
10101616 zeros!! zeros!!
Flutuações de tamanho apreciável
são raríssimas
 
Sistema
Vizinhança
Energia
Partículas
Trabalho
Calor
Propriedades
Extensivas Intensivas
Volume, Massa,
Número de moles,
Energia, Entropia,
Capacidade Térmica,...
Pressão, Temperatura, 
Densidade, Calor Específico,
Compressibilidade, Magnetização,
Polarização Elétrica, 
Potencial Químico,...
 
Conceitos fundamentais:
* Estado de 
 equilíbrio
* Caracterização de 
 estado de equilíbrio
Poucas variáveis definem o
estado termodinâmico
Para um sistema homogêneo com um
componente bastam 3. Por exemplo
Massa (ou no de moles), volume e T
 
(p,V)
(p',V')
TRANSFORMAÇÃO
TERMODINÂMICA
 
TRANSFORMAÇÕES QUASE-ESTÁTICAS
P
V
 
TRANSFORMAÇÕES REVERSÍVEIS
O ESTADO DE TODO 
O UNIVERSO
É REVERTIDO.
 
Gás ideal:
Medidas experimentais de longa data...
Boyle (1660): temp. const. => pV const.
Charles (1787): 
p const. => V varia linearmente c/ 
 temperatura
 
V
t
p
p'<p
p”<p'
-t
0
V
0
/oC
V
0
 t
0
dV
dT
=
Gay-Lussac (1802):
dV
dTV0
1
267
1
=
 
V
t
p
p'<p
p”<p'
-t
0
V
0
/oC
Regnault (1847):
V
0
 t
0
dV
dT
=
V
0
 t
0
dV
dT
=
dV
dTV0
1
273
1
=
T/K
T = t + 273
 
pV = C(T,M,tipo de gás)
pV = D(M,tipo de gás)T
pV = E(tipo de gás)MT
Reações com gases:
+
2H
2
O
2
2H
2
O
pV = nRT
R é constante universal
R = 8.3144 J/molK
 
T
T
0
p
p
0
=
Termômetro de gás a volume constante
V e n constantes:
medidos
Temp. de
referência
A operação em princípio
não depende do gás nem
da quantidade de gás
 
p
p
0
n
V fixo
Zoom...
 
p
p
0
Diferentes
gases
n
Comportamento
ideal
T = lim 
p
p
0
T
0n 0
 
Medindo p e p
0
 nos pontos de ebulição e 
 fusão da água
Escolhendo T – T
0
= 100
 lim 
p
p
0
= 1,3661
n 0
T
0
= 273,15 K
 
 
 
 
 
 
RESUMO
TERMODINÂMICA É PARA SISTEMAS 
MACROSCÓPICOS
PROPRIEDADES TERMODINÂMICAS 
SÃO VALORES MÉDIOS
FLUTUAÇÕES DESPREZÍVEIS
SISTEMAS RELAXAM PARA UM ESTADO
DE EQUILÍBRIO
ESTADO DE EQUILÍBRIO DESCRITO POR
POUCAS VARIÁVEIS
TRANSFORMAÇÕES TERMODINÂMICAS
GÁS IDEAL (GÁS REAL EM BAIXA DENSIDADE)
DIAGRAMAS DE FASE
 
Datas das : P1 – 25/09 (QUI)
Provas P2 – 30/10 (QUI) 
 P3 – 15/12 (TER)
 Nota final =
 (P1 + P2 + P3)/3
Bibliografia:
Livro texto: Introduction to the Thermodynamics of Materials - 
David R. Gaskell
Termodinâmica – Mário José de Oliveira
Física Básica vol. 2 – Nussenzveig (para o início)
Thermodynamics and an introduction to thermostatistics - Herbert Callen 
(um clássico)
Físico-Química – Peter Atkins
Thermodynamics in Materials Science – Robert De Hoff
Heat and Thermodynamics, Zemansky and Dittman
Statistical and Thermal Physics, Harvey Gould and Jan Tobochnik
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