Ap termodinamica

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Ap termodinamica

  1. 1. Marcos Germano Degenhardt
  2. 2. Introdução Quando um móvel se desloca sobre uma superfície com atrito, há necessidade de um constante fornecimento de energia para manter o movimento. F F F F F F F F F F F Durante todo o movimento a velocidade permaneceu constante, logo, o trabalho realizado pela força F não aumentou a energia do móvel, sendo então, dissipada.
  3. 3. Introdução O que aconteceu com a energia recebida pela realização do trabalho? Transformou-se em energia térmica e com isso aqueceu o corpo. Desta forma: ετ
  4. 4. Conceito Termodinâmica é a parte da física que estuda as relações recíprocas entre um trabalho realizado e a corresponde variação da energia térmica do sistema. F F F F F F F F F
  5. 5. Conceitos básicos Há a necessidade de se compreender alguns dos termos que serão utilizados: – Sistema e Fronteira – Estado Termodinâmico – Trabalho – Energia – Calor
  6. 6. Sistema e Fronteira A região isolada do espaço, cujas características devem ser estudas, sem qualquer influência externa é o que se chama de Já a superfície que separa o meio externo, quer seja real, quer imaginária, denomina-se de
  7. 7. Exemplo Meio Externo Sistema Fronteira A figura a seguir ilustra um sistema:
  8. 8. Classificação dos Sistemas Os sistemas são classificados em: – Sistemas Abertos – Sistemas Fechados – Sistemas Isolados
  9. 9. Sistema Aberto É o sistema que permite que através de sua fronteira hajam trocas com o meio externo de matéria e energia Meio Externo Sistema Fronteira
  10. 10. Sistema Fechado Neste caso, o sistema troca apenas energia com o meio externo, a massa não é trocada. Meio Externo Sistema Fronteira
  11. 11. Sistema Isolado Neste sistema não há trocas, nem de energia, nem de massa, com o meio externo. Meio Externo Sistema Fronteira
  12. 12. Estado Termodinâmico Corresponde às condições que caracterizam um sistema, em termos de: – pressão – volume – temperatura – densidade
  13. 13. Transformações Se uma das características de um sistema sofre uma variação, então diz-se que houve uma transformação Chama-se de processo termodinâmico, ao modo pelo qual ocorreu a variação de uma das características de um estado. Estado Inicial Estado Final pi Vi Ti pf Vf Tf Processo Termodinâmico
  14. 14. Trabalho Na termodinâmica, trabalha-se com gases, logo, são estes quem realizam trabalho. Calcula-se o trabalho que um gás realiza por: Vp.τ Onde: τ é o trabalho realizado/recebido p é a pressão em que o gás se encontra V é o aumento/redução do volume do gás
  15. 15. Unidades de Medida Grandeza Símbolo Medida Trabalho τ Joule (J) Pressão p Pascal (Pa) Volume V metros cúbicos (m3) Caso as unidades não estejam coerentes, elas devem ser transformadas para as unidades acima.
  16. 16. Gráfico do Trabalho Ao se trabalhar com gases, representa-se em gráficos a forma de como a pressão e o volume interagem: p0 V0 V1 V(m 3 ) p(Pa)
  17. 17. Característica do gráfico p x V No gráfico pressão versus volume (p x V) o trabalho pode ser obtido pela área do mesmo, sob a linha que representa a transformação. p0 V0 V1 V(m 3 ) p(Pa) Área n τ
  18. 18. Convenções Durante uma transformação o gás, seu volume pode aumentar ou diminuir, caracterizando o trabalho. Caso o volume Aumente O Trabalho será positivo e realizado pelo gás Diminua O Trabalho será negativo e recebido pelo gás
  19. 19. Trabalho realizado • Ocorre quando o volume do gás aumenta • Recebe sinal positivo p0 V0 V1 V(m 3 ) p(Pa) p1 Área n τ
  20. 20. Trabalho recebido • Ocorre quando o volume do gás diminui • Recebe sinal negativo p(Pa) p0 V0 V1 V(m 3 ) p1 Área n τ
  21. 21. Exemplo O gás contido no recipiente ao lado sofre uma transformação, sob pressão de 200 Pa, aumentando seu Volume de 1 m3 para 5 m3. Qual o trabalho realizado na transformação? Dados: p = 200 Pa V0 = 1 m3 V = 5 m3 Solução J800τ 1)-200(5τ )(τ .τ 0VVp Vp
  22. 22. Energia Esta associada ao movimento das partículas do gás: – Quanto maior a temperatura absoluta, maior a velocidade e maior a energia das moléculas; – Quanto menor a temperatura absoluta, menor a velocidade e menor a energia das moléculas. A energia é uma função exclusiva da temperatura absoluta das moléculas do gás
  23. 23. Cálculo da Energia Calcula-se a energia de um sistema por: T2 3 kE Onde E é a energia medida em Joules k é a constante de Boltzmann T é a temperatura absoluta, medida em Kelvin K J23 10.38,1k
  24. 24. Cálculo da Energia Para se determinar o aumento da energia de um sistema, utiliza-se: TR2 3 nE Onde E é a energia medida em Joules n é o número mols do gás R é a constante universal dos gases perfeitos T é a temperatura absoluta, medida em Kelvin mol.K J 31,8R
  25. 25. Convenções Durante uma transformação o gás, sua temperatura pode aumentar ou diminuir, caracterizando a variação da energia. Caso a termperatura Aumente A variação da energia será positiva Diminua A variação da energia será negativa
  26. 26. Exemplo Uma amostra gasosa encontra-se a temperatura de 127 ºC. Qual a energia interna das partículas deste gás? Dados: T = 127 ºC => 400 K Solução JE E kE 21 23 2 3 2 3 10.28,8 400.10.38,1. T
  27. 27. Exemplo A temperatura de 3 moles de um gás perfeito é aumentada de 27 ºC para 227 ºC. Qual o aumento da energia interna deste gás? Dados: T0 = 27 ºC => 300 K T1 = 227 ºC => 500 K n = 3 mol R = 8,31 J/mol.K Solução J7479 )300500.(31,8.3. TR 2 3 2 3 E E nE
  28. 28. Calor É a energia em trânsito entre corpos que apresentam entre si uma diferença de temperatura. No momento em que as temperaturas se igualam, cessa a transferência de energia e os corpos atingiram o equilíbrio térmico.
  29. 29. Medidas Uma quantidade de calor pode ser medida de duas formas: a do Sistema Internacional ou por uma unidade prática. Medida Unidade Sistema Internacional Joule [J] sistema prático Caloria [cal] J186,4cal1
  30. 30. Exemplo Um gás recebe 500 cal em forma de calor. Quanto calor foi recebido em Joules? Dados: Q = 500 cal Solução J2093 1 186,4.500 cal500 J186,4cal1 x x x
  31. 31. Convenções Um sistema gasoso pode ceder ou receber calor Caso o sistema Receba Seu sinal será positivo Ceda Seu sinal será negativo
  32. 32. Leis da Termodinâmica O estudo da termodinâmica esta assentado em três leis: – Lei zero da Termodinâmica – Primeira Lei da Termodinâmica – Segunda Lei da Termodinâmica
  33. 33. Lei Zero da Termodinâmica • Trata do equilíbrio térmico entre os corpos • Anula as trocas de calor e energia quando os corpos atingem a mesma temperatura. Se dois corpos A e B estão em equilíbrio térmico com um corpo C, então A e B estão em equilíbrio térmico entre si.
  34. 34. Representação Sistema A B C
  35. 35. Primeira Lei da Termodinâmica Trata do balanceamento energético entre as quantidades de energia interna e externa trocadas durante uma transformação, permanecendo constante durante todo o processo. Daí decorrem: A energia do Universo é constante A energia não pode ser criada e nem destruída, tão somente transformada de um tipo em outro
  36. 36. Definição Toda vez que um sistema recebe uma quantidade de energia, parte dela será devolvida sob forma de um trabalho desenvolvido e outra parte o sistema assimilará para si.
  37. 37. Representação Pode-se observar
  38. 38. Conceito EQ τ Onde é o trabalho trocado do gás com o meio Q é a quantidade de calor trocada pelo gás com o meio E é o variação da energia interna do gás A quantidade de calor trocada com o meio corresponde à soma do trabalho realizado pelo gás com o aumento de sua energia térmica
  39. 39. Exemplo Uma amostra de gás recebe uma quantidade Q de calor, o que faz com que o gás se expanda e produza um trabalho de 1500 J e sua energia interna aumente em 3000 J. Quanto calor o gás recebeu? Dados: Q = ? cal E = 3000 J e = 1500 J Solução J4500 J3000J1500 τ Q Q EQ

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