Cálculo de trabalho, calor e calor especifico (Resumo)

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Termodinâmica: É a ciência que estuda as trocas de energias que acompanham as
mudanças de estado de um sistema.
1º Princípio da Termodinâmica – Energia
Numa mudança de estado o sistema pode trocar energia com a vizinhança e essa
troca se dará sob a forma de calor e/ou de trabalho:
Qual a variação de energia interna do sistema?
Equação do Primeiro Princípio:
Cálculos de trabalho
Processos isocóricos: V = constante ∴ DV = 0 e w = 0
Expansão livre (vácuo): pext = 0 e w = 0
Processo adiabático: q = 0 w = ? w = DU =
Pressão externa constante: pext = constante (pext diferente pgás)
Processo isobárico: pressão do gás = constante (pgás = pext = p1 = p2 = p)
Exercício 1: 1 mol de gás ideal expande-se isobaricamente a 2 bar, de 20 L até 50 L.
Pede-se calcular: a) o trabalho envolvido no processo;
b) a variação de temperatura do gás.
Processos isotérmicos irreversíveis: Expansão contra pressão externa pext que
permanece constante durante a expansão.
O sistema se expande contra uma pressão oposta (externa) constante ou é comprimido por
uma pressão oposta (externa) constante. (A pressão do gás varia; a pressão externa, não
varia) Portanto:
Obs: Na expansão: pext < pgás e na compressão, pext > pgás .
Para a mesma variação de volume: wcomp > wexp.
Exercício 2: Dois mols de gás ideal expandem-se isotérmica e irreversivelmente contra uma
pressão externa de 1,5 bars. Inicialmente o gás se encontrava a 310 K e 3 bar. Calcular o
trabalho envolvido nesta mudança de estado. Resolução:
Processos Isotérmicos Reversíveis: Expansão de um gás contra uma pressão externa
pext que varia continuamente durante a expansão (a pressão do gás e a oposta variam
continuamente e a diferença entre elas é infinitesimal, ou seja, pgás ≈ pext).
Equações para calcular trabalho em processos isotérmicos reversíveis envolvendo
gás ideal:
Comparação entre Irreversível e Reversível:
Exercício 3: Um mol de gás ideal inicialmente a 3 bar é expandido isotermicamente a 300 K
até que seu volume seja triplicado. Pede-se calcular:
a) O trabalho envolvido se o processo ocorrer irreversivelmente;
b) O trabalho envolvido se o processo ocorrer reversivelmente.
1º Princípio – Calor e Capacidades Caloríficas
Capacidade Calorífica ou Capacidade Térmica: Quando se fornece energia sob a forma
de calor a um sistema, sua temperatura aumenta.
Capacidade calorífica molar a volume constante (isocórico) - CV
Capacidade calorífica molar a pressão constante (isobárico) - CP
Comparação entre CP e CV - Gases ideais
Vimos que se fornecermos a mesma quantidade de calor para um sistema, sua variação de
temperatura num processo isocórico será maior que aquela observada num processo
isobárico, quanto maior a variação de temperatura, menor será o C, portanto:
Tabela de valores de CP e CV de alguns gases:
Matemáticas
1. Se a pressão for expressa em bar e o volume em litro, o trabalho será expresso em bar
x L. Para converter em joules, basta multiplicar o resultado obtido por 100,1 J/bar x L;
2. Se a pressão for em atm e o volume em litro; w será expresso em atm x L; para
converter em joules, basta multiplicar o resultado por 101,3 J/atm x L.
3. Se a pressão for em Pa e o volume em m3 ; w será expresso em J e nenhuma
conversão é necessária.
Logaritmos
Logaritmos decimais: são logaritmos de base 10: log10 N ou simplesmente log N
Logaritmos naturais (mais utilizados na matéria): são aqueles de base e (número de
Euler e = 2,7182818...): ln N
Propriedades dos logaritmos: