Aula 1 Tema 1

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01
TERMODINAMICA QUÍMICA
CONCEITOS FUNDAMENTAIS
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02
Introdução
A palavra termodinâmica teve origem na junção de 
dois vocábulos gregos,therme (calor) e dynamis
(força), que têm a ver com as Primeiras tentativas 
para transformar calor em trabalho e que constituiram 
o objectivo primordial desta ciência.
A ciência da termodinâmica surgiu pela necessidade 
de aperfeiçoar o funcionamento das primeiras 
máquinas a vapor, de que é exemplo a máquina de 
Newcomen construída no princípio do século XVIII.
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03
Algumas aplicações práticas da termodinâmica
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04
Sistemas fechados e abertos
Um sistema termodinâmico é qualquer 
quantidade de matéria, ou região do espaço, 
que se escolhe com o objectivo de estudar o 
seu comportamento. A matéria, ou a região, 
exterior ao sistema é designada vizinhança. 
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05
Sistemas fechados e abertos
Chama-se fronteira 
à superfície, real ou 
imaginária, que 
separa o sistema da 
sua vizinhança. A 
fronteira dum 
sistema pode ser fixa 
ou móvel.
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Os sistemas classificam-se em fechados e abertos, 
conforme se escolhe como objecto de estudo uma 
determinada quantidade de matéria ou uma 
determinada região do espaço. 
Um sistema fechado 
(também designado massa de 
controlo) é constituido por 
uma quantidade fixa de 
matéria e a sua fronteira não 
pode ser atravessada por essa 
matéria. 
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Sistema isolado
Isto é, não pode entrar, nem sair, massa do 
sistema. Mas a energia, quer na forma de 
trabalho quer na forma de calor, pode 
atravessar a fronteira deste sistema e o seu 
volume pode variar. Se, eventualmente, nem a 
energia pode atravessar a fronteira dum 
sistema fechado, este chama-se isolado.
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Sistema aberto
Um sistema aberto, também designado volume de
controlo, é uma região do espaço convenientemente
escolhida. Normalmente inclui um dispositivo através do
qual a matéria pode fluir como, por exemplo, um
compressor, uma turbina, etc. O fluxo de matéria
através de tais dispositivos estuda-se melhor
escolhendo a região no interior destes dispositivos para
objecto de estudo, que constitui o volume de controlo.
Tanto a massa, como a energia, podem atravessar
a fronteira dum sistema aberto que é também
denominada superfície de controlo.
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Sistema aberto
Tanto a massa como a 
energia podem atravessar a 
fronteira dum sistema aberto.
Exemplo dum sistema aberto
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010
Propriedades
Chama-se propriedade a qualquer característica dum 
sistema. Algumas destas propriedades como 
a pressão P, 
a temperatura T, 
o volume V, 
e a massa m,
são bastante familiares e podem ser directamente 
determinadas.
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011
Propriedades
As propriedades podem ser intensivas ou 
extensivas. As propriedades intensivas 
são aquelas que são independentes do 
tamanho dum sistema, tais como a 
temperatura, a pressão e a densidade. 
Pelo contrário, os valores das propriedades 
extensivas dependem do tamanho (ou 
extensão) do sistema.
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012
Propriedades (Cont.)
Pode obter-se uma propriedade intensiva a partir
duma propriedade extensiva dividindo o seu valor
pela massa ou pelo número de moles do sistema. Ao
valor duma propriedade por unidade de massa dá-se o
nome de propriedade específica, e por mole
propriedade específica molar.
volume específico 
m
V
v 
energia específica total 
energia interna específica
m
E
e 
m
U
u 
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013
Propriedades (Cont.)
Analogamente, se dividirmos o volume total V, a 
energia total E ou a energia interna U, pelo número 
de moles n do sistema obteremos outras propriedades 
intensivas,
volume molar específico
energia molar específica
energia interna molar específica
n
U
u 
n
V
v 
n
E
e 
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014
Estados e Equilíbrio
Considere um sistema no qual não se observam 
quaisquer modificações ao longo do tempo. Então, as 
suas propriedades podem ser medidas, ou calculadas, 
através de todo o sistema obtendo-se um conjunto de 
valores que descrevem completamente a condição ou 
estado do sistema, que se designa um estado de
equilíbrio. 
Num dado estado de equilíbrio todas as propriedades 
têm valores fixos. Basta que, apenas, o valor de uma 
propriedade do sistema se altere para o sistema 
mudar de estado.
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015
A termodinâmica clássica ocupa-se, fundamentalmente, do 
estudo de estados de equilíbrio. Há vários tipos de equilíbrio 
e o sistema só estará em equilíbrio se todas as condições dos 
diferentes tipos de equilíbrio forem satisfeitas. 
Um sistema está em equilíbrio térmico se a temperatura for 
a mesma através de todo o sistema. 
Um sistema está em equilíbrio mecânico se houver 
equilíbrio entre as forças que lhe estão aplicadas. 
Se estivermos em presença de um fluido em equilíbrio não 
poderá haver alterações ao longo do tempo nos valores 
da pressão em quaisquer pontos do sistema.
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016
Processos e ciclos
A quaisquer mudanças que ocorram num sistema 
enquanto passa de um estado para outro estado de 
equilíbrio chama-se uma transformação ou processo. 
Ao conjunto de estados por que o sistema vai 
passando durante o processo dá-se o nome de 
“caminho” ou “percurso” do processo.
Para descrever completamente uma dada 
transformação é necessário serem conhecidos os 
estados inicial e final e, também, o “percurso” do 
processo.
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017
Transformação
O prefixo iso é usado para designar uma 
transformação em que uma dada propriedade 
permanece constante. 
Por exemplo, uma transformação isotérmica é 
aquela em que a temperatura permanece constante, 
Uma transformação isobárica é uma transformação 
em que a pressão não varia, 
Numa transformação isocórica, ou isométrica, o 
volume permanece constante.
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018
Transformação
Uma transformação chama-se elementar quando 
as propriedades do sistema apenas passam por 
variações infinitesimais no decurso dessa 
transformação. 
Se representarmos por x o valor de qualquer 
propriedade do sistema num dado estado uma sua 
variação infinitesimal no decurso duma 
transformação elementar representar-se-à por 
dx
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019
Diz-se que o sistema realizou um ciclo se regressou ao 
estado inicial no fim do processo. Isto é, para um ciclo 
os estados inicial e final do sistema são o mesmo. Por 
conseguinte: Os valores das propriedades do sistema 
não sofrem alterações ao completar-se um ciclo.
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020
Postulado de Estado. Diagramas
Sistemas compressíveis simples são sistemas fechados, com 
composição química constante, naausência de movimento e em 
que não têm que se considerar efeitos devidos à gravidade, à 
tensão superficial, ou à existência de campos eléctricos ou 
campos magnéticos exteriores.
O postulado de estado exige que as duas propriedades 
intensivas conhecidas sejam independentes uma da outra, isto 
é, que seja possível variar uma delas conservando-se a outra 
constante. A temperatura e o volume específico são sempre 
propriedades independentes uma da outra, por isso estas duas 
propriedades são suficientes para definir o estado dum 
sistema compressível simples.
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021
Representação duma compressão no 
plano p-V
O estado dum 
sistema 
compressível 
simples fica 
completamente 
determinado
por duas 
propriedades 
intensivas 
independentes.
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022
Representação duma compressão no 
plano p-V
Todas as atividades físicas que realizamos no 
dia-a-dia (caminhar, deslocar objectos) podem 
ser consideradas como trabalho que vai 
aumentar a energia do ambiente. 
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Representação duma compressão no 
plano p-V
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024
Primeiro princípio da Termodinâmica
O primeiro princípio da termodinâmica 
pode ser enunciado da seguinte forma: 
A diferença entre o calor recebido e o 
trabalho realizado é igual ao aumento 
da energia interna.
Algebricamente podemos escrever: U= Q-W
Q o calor recebido pelo sistema numa transformação, 
W o trabalho realizado por ele e 
U a variação da energia interna.
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025
Primeiro princípio da Termodinâmica
Q>0 quando o sistema recebe calor.
Q<0 quando o sistema fornece calor.
W>0 quando o volume do sistema aumenta.
W<0 quando o volume do sistema diminui.
A variação de energia interna é positiva quando a 
temperatura aumenta e negativa quando a 
temperatura diminui.
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Primeiro princípio da Termodinâmica
Calor é uma forma de energia que é transferida 
entre dois sistemas (ou entre um sistema e a 
sua vizinhança) devido, exclusivamente, a uma 
diferença de temperaturas.
Calor fornecido a um sistema é positivo.
Calor que o sistema fornece a outro 
sistema ou à vizinhança é negativo.
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Primeiro princípio da Termodinâmica
Trabalho é a energia transferida entre sistemas, 
ou entre um sistema e a sua vizinhança, que se 
relaciona com a acção de uma força aplicada ao 
sistema e cujo ponto de aplicação se desloca.
Trabalho fornecido, ou 
realizado, pelo sistema 
durante uma transformação é
positivo e trabalho fornecido 
ao sistema é negativo.
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Primeiro princípio da Termodinâmica
Q1-A-2 + Q2-C-1 = W1-A-2 + W2-C-1
Q1-B-2 + Q2-C -1 = W1-B-2 + W2-C-1
Q1-A-2 - Q1-B-2 = W1-A-2 - W1-B-2
Q1-A-2 - W1-A-2 = Q1-B-2 - W1-B-2
(Q1-2 – W1-2)transf.A = (Q1-2 – W1-2)transf.B
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Primeiro princípio da Termodinâmica
Apesar de Q e W dependerem do “percurso” 
seguido na transformação a diferença (Q-W) é 
independente deste “percurso” e depende, 
unicamente, dos estados inicial e final da 
transformação.
Conclui-se assim que:
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030
Primeiro princípio da Termodinâmica
Existe uma propriedade dos sistemas 
termodinâmicos fechados, a energia E, cuja 
variação em qualquer transformação é igual à 
diferença entre a quantidade de calor e o 
trabalho trocados entre o sistema e a 
vizinhança nessa transformação.
Q – W = ΔE = E2 – E1
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031
Primeiro princípio da Termodinâmica
Diferentes formas da energia E – A energia interna U
É conveniente separar a energia de um sistema que pode ser 
observada e medida –energia macroscópica- dos modos
microscópicos de energia – energia “escondida” no interior 
da matéria. À soma de todos os modos microscópicos de 
energia chama-se energia interna U.
E = Ec + Ep + U
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032
Primeiro princípio da Termodinâmica
Na ausência de movimento, isto é, para sistemas 
fechados em repouso as variações de energia 
cinética e potencial serão nulas
ΔEc=0 ΔEp=0
Q – W = ΔU
Para a unidade de massa do sistema vem
q – w = Δu
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Método para resolver um problema
Os primeiros passos em uma análise termodinâmica são: 
1 - Definição do sistema; 
2 - Identificação das interações relevantes com a vizinhança.
3 - Estabelecer: 
O que é conhecido: resumir o problema em poucas palavras; 
O que é procurado: resumir o que é procurado; 
4 - Esquema e dados:
Definir o sistema; identificar a fronteira; 
Anotar dados e informações relevantes; 
Hipóteses; 
Análise: feita sobre as equações 
(conservação da massa, conservação da energia, segunda lei da termodinâmica);
Comentários: interpretar.