Termodinâmica. Prof.: POMPEU

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2 1. DEFINIÇÃO A estuda a relação entre calor e trabalho que um sistema (por exemplo, um gás) troca com o meio exterior. 2. ENERGIA INTERNA (U) É a soma das várias formas de energia das moléculas que constituem o sistema. Na energia interna incluem-se, por exemplo, a energia cinética de translação e rotação das moléculas, a energia cinética devida ao movimento dos átomos que formam as moléculas, a energia potencial de ligação das moléculas. Para um gás perfeito monoatômico a energia interna U é a energia cinética de translação de suas moléculas: OBS.: A energia interna de dada quantidade de gás perfeito é função exclusiva de sua temperatura.

3 2. ENERGIA INTERNA (U) Para uma variação de temperatura ΔT, temos: Taumenta,Uaumenta,ΔU >0 T diminui, U diminui, ΔU <0 T constante, U constante, ΔU =0 OBS.: se o gás não for monoatômico, outras formas de energia devem ser levadas em conta como, por exemplo, a energia cinética de rotação das moléculas. Nestas condições, teremos U > (3/2).n.R.T

4 3. TRABALHO Um gás se expanda ao ser aquecido num recipiente provido de um êmbolo. O gás recebe calor e a força exercida sobre o êmbolo realiza um trabalho. Supondo a transformação isobárica, isto é, a pressão p do gás permanece constante, podemos calcular o trabalho da força F.

5 4. PRIMEIRA LEI DA TERMODINÃMICA Como o sistema não cria e não destrói energia (Princípio da Conservação de Energia), então se um gás receber calor, essa energia pode ser armazenada e/ou transferida ao meio na forma de trabalho. A correspondência que existe entre as grandezas trabalho, calor e energia interna, é:

6 5. TRANSFORMAÇÕES GASOSAS 5.1. ISOTÉRMICA Numa transformação isotérmica, todo calor fornecido ao gás (sistema) é utilizado na realização de trabalho pelo próprio gás. Da mesma forma, quando o gás é comprimido, mantendo-se constante sua temperatura, ele libera para a vizinhança uma quantidade de calor igual ao trabalho realizado sobre ele.

7 5. TRANSFORMAÇÕES GASOSAS 5.2. ISOMÉTRICA, ISOVOLUMÉTRICA OU ISOCÓRICA Numa transformação isométrica ou isovolumétrica, todo calor fornecido ao sistema é utilizado para aumentar sua energia interna.

8 5. TRANSFORMAÇÕES GASOSAS 5.3. ISOBÁRICA Numa transformação isobárica a pressão permanece constante.

9 5. TRANSFORMAÇÕES GASOSAS 5.4. ADIABÁTICA Transformação adiabática é aquela que se processa sem que o sistema absorva ou libere calor.

10 RESUMO

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32 6. DIAGRAMAS TERMODINÂMICOS 6.1. TRANSFORMAÇÃO ABERTA

33 6. DIAGRAMAS TERMODINÂMICOS 6.1. TRANSFORMAÇÃO ABERTA

34 6. DIAGRAMAS TERMODINÂMICOS 6.1. TRANSFORMAÇÃO ABERTA

35 6. DIAGRAMAS TERMODINÂMICOS 6.1. TRANSFORMAÇÃO ABERTA

36 6. DIAGRAMAS TERMODINÂMICOS 6.2. TRANSFORMAÇÃO CÍCLICA OU FECHADA

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59 7. A ENERGIA MECÃNICA E O CALOR

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73 8. MÁQUINAS TÉRMICAS

74 9. A SEGUNDA LEI DA TERMODINÂMICA

75 9. A SEGUNDA LEI DA TERMODINÂMICA

76 9. A SEGUNDA LEI DA TERMODINÂMICA

77 10. MÁQUINAS FRIGORÍFICAS

78 11. CICLO DE CARNOT

79 11. CICLO DE CARNOT

80 11. CICLO DE CARNOT

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99 12. ENTROPIA ( S) A entropia é uma propriedade intrínseca dos sistemas, caracterizada pelo fato de seu valor aumentar quando aumenta a desordem nos processos naturais. Seja Q a quantidade de calor que o sistema troca e T a temperatura dele durante uma transformação isotérmica reversível. Define-se a variação de entropia ΔS do sistema, nesse processo, através da relação: A unidade de variação de entropia no Sistema Internacional de Unidades é o joule por kelvin (símbolo: J/K). OBS.: Na transformação adiabática (Q = 0) e reversível não terá aumento de entropia ( S=0).

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