TERMODINÂMICA. Aula 2 Introdução à Termodinâmica Sistema Fase Substância Equilíbrio

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1 TERMODINÂMICA Aula 2 Introdução à Termodinâmica Sistema Fase Substância Equilíbrio

2 INTRODUÇÃO Ampla área de aplicação: organismos microscópicos aparelhos domésticos até veículos sistemas de geração de potência até mesmo a filosofia. Definição: ciência da energia. Ciência que trata das transformações de energia de quaisquer espécies, umas na outras.

3 INTRODUÇÃO Uma das leis fundamentais da natureza: princípio da conservação de energia: durante uma interação, a energia pode mudar de uma forma para outra, mas a quantidade total permanece constante. Alteração no conteúdo de energia de um sistema: Diferença entre entrada e saída de energia, Balanço de energia, E = E 2 E 1. Todas as atividades na natureza envolvem interação entre energia e matéria. Difícil de imaginar uma área em que não se relaciona à termodinâmica de alguma maneira.

4 INTRODUÇÃO Exemplos: Coração constantemente bombeando sangue a todas as partes do corpo humano, Várias conversões de energia acontecem em trilhões de células do corpo, O calor gerado no corpo é constantemente rejeitado para o ambiente. Conforto humano diretamente ligado à taxa desta rejeição. Nós tentamos controlar a transferência de calor ajustando nossa roupa às condições ambientais.

5 INTRODUÇÃO Operações onde há transferência de energia e, portanto necessidade de tratamento termodinâmico: Secagem Aquecimento Resfriamento Congelamento Bombeamento Destilação Concentração Evaporação, etc.

6 SISTEMAS Tudo aquilo que desejamos estudar Pode ser Simples como um corpo livre Complexo como uma refinaria Podemos estudar Quantidade de matéria contida em um tanque fechado e de paredes rígidas Uma linha de gás dentro da qual escoa matéria

7 SISTEMAS Vizinhança: Massa ou região fora do sistema. Fronteira: Superfície real ou imaginária que separa o sistema da vizinhança. Superfície de contato compartilhada pelo sistema e a vizinhança. Matematicamente falando, o limite tem densidade zero, e assim não pode conter qualquer massa nem ocupar qualquer volume. Pode ser: Fixa ou móvel.

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9 SISTEMAS Tipos de sistemas: fechados, abertos ou isolados.

10 SISTEMAS Sistema fechado ou batelada: Também conhecido como massa de controle, é uma quantia fixa de massa, e nenhuma massa pode cruzar sua fronteira. Mas energia, na forma de calor ou trabalho, pode cruzar a fronteira.

11 SISTEMAS Sistema isolado: Nada entra ou sai, nem massa, nem calor ou trabalho, durante o intervalo de tempo considerado, (t1 e t2). Pode haver trocas entre as energias potencial, cinética e energia interna, dentro do sistema, mas não com os arredores. Energia total do sistema inalterada.

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13 SISTEMAS Sistema aberto: Também chamado volume de controle. Envolve fluxo de massa, como um compressor, turbina, ou bocal. Massa e energia podem cruzar a fronteira de um volume de controle.

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15 PROPRIEDADE DE UM SISTEMA Qualquer característica de um sistema é chamada de propriedade. Algumas propriedades familiares: P, T, V, m. Propriedades menos familiares: viscosidade, condutividade térmica, coeficiente de expansão térmico, resistividade elétrica e velocidade.

16 PROPRIEDADES DE UM SISTEMA Dois tipos de propriedades: Propriedade extensiva: depende da massa (tamanho) do sistema. Ex: m, n, volume, capacidade calorífica; Propriedade intensiva: não depende da massa (tamanho) do sistema. Ex: Pressão, temperatura e densidade.

17 PROPRIEDADES DE UM SISTEMA Modo fácil para determinar se uma propriedade é intensiva ou extensiva:

18 FASE E SUBSTÂNCIA PURA Fase Quantidade de matéria homogênea em composição química e em estrutura física. Homogeneidade em estrutura física: A matéria é toda sólida, toda líquida ou toda vapor. Um sistema pode conter uma ou mais fases.

19 FASE E SUBSTÂNCIA PURA Exemplos: Sistema de água líquida e vapor d água (vapor): 2 fases. Gases, como oxigênio e nitrogênio, podem estar misturados em qualquer proporção: 1 única fase gasosa. Líquidos, como álcool e água, podem ser misturados: 1 única fase líquida Líquidos, como óleo e água, que não são miscíveis: 2 fases líquidas.

20 SUBSTÂNCIA PURA Composição química uniforme e invariável. Uma substância pura pode existir em mais de uma fase, Mas sua composição química deve ser a mesma em cada fase.

21 SUBSTÂNCIA PURA Exemplo: Se água líquida e vapor d água formam um sistema com duas fases, o sistema é uma substância pura porque cada fase possui a mesma composição. Uma mistura uniforme de gases é uma substância pura desde que ela se mantenha como um gás e não reaja quimicamente. Se uma fase líquida for formada por resfriamento e o líquido possuir uma composição diferente da fase gasosa o sistema não pode mais ser considerado substância pura.

22 ESTADO E EQUILÍBRIO Estado Considerando Um sistema que não esteja passando por nenhuma mudança. Nesse ponto, todas as propriedades podem ser medidas ou calculadas em todo o sistema, Isso nos dá um conjunto de propriedades que descreve completamente a condição, ou o estado do sistema. Em determinado estado, todas as propriedades de um sistema têm valores fixos. Se o valor de apenas uma propriedade mudar o estado será diferente.

23 ESTADO E EQUILÍBRIO Equilíbrio Implica um estado de equilíbrio. Em um estado de equilíbrio não existem potenciais desbalanceados (ou forças motrizes) dentro do sistema. Um sistema em equilíbrio não passa por mudanças quando é isolado da vizinhança.

24 ESTADO E EQUILÍBRIO Tipos de equilíbrio: equilíbrio térmico: mesma temperatura em todo o sistema equilíbrio mecânico: não há variação na pressão em qualquer ponto do sistema com o tempo. equilíbrio de fase: massa de cada fase atinge um nível de equilíbrio e permanece nele. equilíbrio químico: composição química não muda com o tempo (não ocorre nenhuma reação química).