Avaliação 1_respostas grupo 3

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Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro
Instituto de Tecnologia
Departamento de Engenharia Química
IT354 - Termodinâmica Aplicada
Discentes:
Gabriel Torres de Souza (201402019-1)
Ian Marinho Rebelo (201702013-1)
Thaina de Sá Farias (201602541-5)
Yamim Mello de Freitas (201602545-8)
Seropédica 2021
1.
A energia interna é correspondente a energia presente no interior das moléculas relacionada
à seu movimento de translação, rotação, vibração, além da energia resultante das forças
intermoleculares. Ela foi assim definida para que fosse possível justificar a retirada de energia como
calor e a adição de energia por meio da realização de trabalho, como é possível observar no
experimento de Joule.
O experimento de Joule descrito buscava encontrar uma relação entre o trabalho mecânico e
a produção de calor. Para isso, realizou um experimento que descreve um sistema termodinâmico
fechado, ou seja, sem que haja transferência de matéria entre o sistema e sua vizinhança. Dessa
forma, as trocas energéticas entre si eram feitas na forma de calor e trabalho. Inicialmente, a energia
era adicionada ao fluido na forma de trabalho pela fricção entre as palhetas do equipamento e o
fluido e retirada na forma de calor. Mas onde estaria essa energia no intervalo entre a adição e a
retirada do sistema, já que não havia transferência de massa? Uma forma de responder esse
questionamento é considerar que ela está contida no interior do fluido na forma de energia interna.
A energia interna, portanto, representa o acúmulo gerado pelas energias em trânsito presente
no sistema (calor e trabalho) e pode ser descrita pelo balanço de energia em um sistema fechado:
∆U t=Q+W (1)
O calor e o trabalho, no contexto termodinâmico, representam energias em trânsito através
da fronteira que separa o sistema de sua vizinhança e nunca são armazenados ou contidos. Dessa
maneira, em sistemas fechados a variação ocorre apenas na energia interna total como representado
na equação (1). Além disso, vale ressaltar que a energia interna é uma propriedade intrínseca do
sistema que conecta grandezas mensuráveis como calor e trabalho e é representada pela variação de
energia contida no sistema resultado da entrada de energia através de trabalho e saída na forma de
calor.
Seropédica 2021
2.
As idéias dos princípios da Termodinâmica, como o de Entropia (S) começaram a ser
mais estudados e possuir um valor maior a partir da Revolução Industrial do Séc. XIX no
qual são criadas máquinas mais sofisticadas que buscavam otimizar o processo produtivo
com o aumento de sua eficiência. Por esse motivo, muitos pesquisadores passaram a
desenvolver estudos voltados à termodinâmica investigando -se máquinas como a do Ciclo
de Carnot, fato fundamental para que um dos estudiosos da época, Clausius, pudesse
desenvolver o conceito de Entropia. 
Notou-se que quando uma quantidade dQ de calor é adicionada a um gás ideal, ele se
expande realizando um trabalho dW=pdV e segundo a primeira lei da termodinâmica, é
válida a relação: dQ=dW=pdV=dV (nRT /V ). Logo, 
dQ
nRT
=dV
V
; com a expansão, o gás passa
para um estado mais desordenado. Assim, a variação relativa do volume 
dV
V
 ≅ 
dQ
T
 fornece uma
estimativa do aumento da desordem. Assim, pode-se definir a Entropia (S) do sistema a partir da
relação: dS=
dQ
T
. 
De acordo com a desigualdade de Clausius, para um ciclo qualquer que possa ser dividido
em diversas etapas à temperatura constante, temos que: 
∑Qi
T i
≤0. Se tivermos um processo
contínuo, devemos trocar o somatório por uma integral: ∮ d
'Q
T
≤0. Para processos reversíveis,
recaímos num caso particular igual ao do ciclo de Carnot: ∮ d
'Qrev
T
=0; isso significa que podemos
associar uma função de estado S, a Entropia, tal que: SB−SA=∫
B
A
d 'Qrev
T
.
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Nota-se que a variação de entropia entre dois pontos independe do caminho, sendo assim,
tomemos um ciclo composto de duas etapas de formato qualquer, uma reversível, de BB para AA e
outra irreversível, de AA para BB. A desigualdade de Clausius afirma então que:
∫
A
B
d 'Q
T
+∫
B
A
d 'Qrev
T
≤0 . Logo, temos:
∫
A
B
d 'Q
T
+∫
A
B
d 'Qrev
T
.
 O que implica: dS=d
'Qrev
T
≥
d 'Q
T
. Ou seja: dS≥
d 'Q
T
. Sendo isso válido para para qualquer
processo, pois S é função de estado. Para um sistema isolado, o universo, finalmente tem-se a
seguinte relação: dS≥0. Corroborando com o postulado acima, pois percebe-se a partir disso que a
entropia de um sistema fechado nunca diminui, mas permanece constante ou aumenta em qualquer
processo possível, em um sistema isolado.
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3.
O conceito de entropia (S) foi criado como uma variável termodinâmica extensiva, e
demonstrou-se útil para caracterizar o ciclo de Carnot. A transferência de calor ao longo da isoterma
foi descoberta proporcional à temperatura do sistema. Após o estudo que apontou que a entropia
variava, porém sempre retornava ao mesmo valor ao final de cada ciclo, constatou-se que se tratava
de uma função de estado, mais especificamente, um estado termodinâmico do sistema.
Por definição, uma função de estado é determinada pela relação entre duas ou mais variáveis
físicas que definem o estado de um sistema termodinâmico. No caso da entropia (S), há a relação
entre, como supracitado, o calor (Q) e a temperatura (T).
Segundo a igualdade de Clausius, em um processo cíclico e reversível a variação de entropia
pode ser calculada pela integral de linha entre dois estados do sistema da variação de calor pela
temperatura, e sendo zero (equação 1), pode-se afirmar que a integral independe do caminho
realizado.
Equação 1
A entalpia então é definida como:
Equação 2
 Em processos reversíveis, como já mencionado, basta realizar a integral entre dois estados do
sistema para descobrir a variação da entropia. Em processos irreversíveis, é aplicado um caminho
reversível arbitrário entre os dois estados termodinâmicos para que seja possível a aplicação da
integral, visto que as propriedades não estão distribuídas em uniformidade de magnitude. Uma vez
que, sendo uma função de estado, a variação da entropia é a mesma para processos reversíveis e
irreversíveis.
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