1) Trabalho de um gás (W) F A. Para F = cte: cos. F = cte. p = cte. Variação de Volume. Para p = cte.
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1 TERMODINÂMICA
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3 1) Trabalho de um gás () p F A Para F = cte: F p. A F d cos F = cte. p Ad V Variação de Volume d V Ad p = cte. p V Para p = cte.
4 1) Trabalho de um gás () N/m = Pa Joule p V m 3 p V Expansão: V > 0 > 0 O gás realiza Trabalho sobre o meio Compressão: V < 0 < 0 O meio realiza Trabalho sobre o gás. Unidades de Trabalho do gás: J (Joule) (S.I.); atm.l 10 J. Transformação Isocórica: V = cte. = 0 O gás não realiza Trabalho.
5 1) Trabalho de um gás () Para pressão variável: N Área Gráfico p x V Expansão: V > 0 > 0 (+) Compressão: V < 0 < 0 (-)
6 ) Variação de Energia Interna (U) A energia interna de um gás é a soma das energias cinéticas e potenciais de todas as suas moléculas. 3 U E nrt c 3 pv Gás monoatômico (Energia interna associada à translação da molécula) Gás Ideal: E P = U nrt pv Gás diatômico
7 ) Variação de Energia Interna (U) LEI DE JOULE: Para um gás ideal qualquer (monoatômico ou poliatômico), a energia interna (U) depende apenas da temperatura (T): T aumenta U aumenta T diminui U diminui T é constante U é constante ΔT ΔU
8 ) Variação de Energia Interna (U) Se há variação de Temperatura: T U U 3 Gás monoatômico nrt Transformação Isotérmica: T = cte. U 5 nrt Gás diatômico T = 0 U = 0
9 3) Primeira Lei da Termodinâmica Sistema U U U U
10 3) Primeira Lei da Termodinâmica Isotérmica: T = 0 U = 0 = U Isocórica: V = 0 = 0 = U Adiabática: = 0 = -U Isobárica: = - U pv (Pressão Constante)
11 1ª Lei e as Transformações Gasosas 1) Transformação Isotérmica (T = cte ΔU = 0) = + ΔU = rtransformação Isotérmica (T = cte ΔU = 0) V > 0 > 0 V < 0 < 0
12 1ª Lei e as Transformações Gasosas ) Transformação Isocórica (V=cte) 1ª Lei da Termodinâmica: U 0 V U V = cte. U V 0
13 1ª Lei e as Transformações Gasosas ) Transformação Isocórica (V=cte) U V = cte. 0 m n M m nm CV Mc V Calor Molar à Volume Constante 0 mc V mc V T 3 T nrt 3 nrt 3 nmc V T nrt 3 Mc V R Gás Monoatômico 3 C V R (Monoatômico)
14 1ª Lei e as Transformações Gasosas ) Transformação Isocórica Calor Molar à Volume Constante de um Gás ideal MONOATÔMICO: 3 C V R Unidade: J/mol.K (SI) Calor Molar à Volume Constante de um Gás ideal DIATÔMICO: 5 C V R
15 Resumo: ISOCÓRICA V U 0 ncvt U 3 nrt (Monoatômico) V = cte. 3 C V R 5 C V R (Monoatômico) (Diatômico) 5 U nrt (Diatômico)
16 1ª Lei e as Transformações Gasosas 3) Transformação Isobárica (p=cte) 1ª Lei da Termodinâmica: P U p = cte.
17 1ª Lei e as Transformações Gasosas 3) Transformação Isobárica U pv nrt pv nrt pv nc nc P P T T nc P T pv nrt 5 C P R 3 3 nrt nrt 3 nrt (Monoatômico) Calor Molar à Pressão Constante
18 1ª Lei e as Transformações Gasosas 3) Transformação Isobárica Calor Molar à Pressão Constante de um Gás ideal MONOATÔMICO: 5 C P R Unidade: J/mol.K (SI) Calor Molar à Pressão Constante de um Gás ideal DIATÔMICO: 7 C P R
19 Resumo: ISOBÁRICA P U p = cte. pv ncpt U 3 nrt 5 C P R 7 C P R (Monoatômico) (Diatômico) (Monoatômico) 5 U nrt (Diatômico)
20 1ª Lei e as Transformações Gasosas C P C V C P -C V Monoatômico 5R/ 3R/ R Diatômico 7R/ 5R/ R C Relação de Mayer: P C V R
21 1ª Lei e as Transformações Gasosas 4) Transformação Adiabática ( = 0) Não há trocas de calor entre o gás e o meio externo: = 0 1ª Lei da Termodinâmica: U U
22 1ª Lei e as Transformações Gasosas 4) Transformação Adiabática ( = 0) Expansão Adiabática U Expansão V V > 0: > 0 T T < 0: U < 0
23 1ª Lei e as Transformações Gasosas 4) Transformação Adiabática ( = 0) Compressão Adiabática U Compressão V V < 0: < 0 T T > 0: U > 0
24 1ª Lei e as Transformações Gasosas 4) Transformação Adiabática ( = 0) pv cte Equação de Poisson (Adiabática) p V p V 1 1 C C P V (monoatômico) (diatômico)
25 1ª Lei e as Transformações Gasosas C P C V C P -C V γ = C P /C V Monoatômico 5R/ 3R/ R 5/3 Diatômico 7R/ 5R/ R 7/5
26 1ª Lei e as Transformações Gasosas 5) Transformação Cíclica A int + (Ciclo ABCDA) Ciclo N + A interna Ciclo Horário: ciclo > 0 (+) - Ciclo Anti- Horário: ciclo < 0 (-)
27 1ª Lei e as Transformações Gasosas 5) Transformação Cíclica Ciclo AB BC CD DA N A interna A int Ciclo AB BC CD DA (Ciclo ABCDA) U Ciclo 0 U Ciclo U 1ª Lei da Termodinâmica: AB U BC U CD Ciclo U DA Ciclo 0 U Ciclo Ciclo 0 Ciclo
28 ENERGIA TÉRMICA E AS MÁUINAS TÉRMICAS Poder calorífico do combustível Rendimento (η) Ciclo termodinâmico de transformações
29 ENERGIA TÉRMICA E AS MÁUINAS TÉRMICAS
30 (IFSul 016) Durante cada ciclo, uma máquina térmica absorve 500 J de calor de um reservatório térmico, realiza trabalho e rejeita 40 J para um reservatório frio. Para cada ciclo, o trabalho realizado e o rendimento da máquina térmica são, respectivamente, iguais a a) 80 J e 16% b) 40 J e 8% c) 40 J e 84% d) 80 J e 84% J , % 16
31 ENERGIA E AS MÁUINAS TÉRMICAS ª Lei da Termodinâmica: 100% Ciclo ideal: Ciclo de Carnot (η máx )
32 Ciclo de Carnot 1 A B: Expansão Isotérmica (T = cte: U = 0) AB = AB + U AB AB = AB > 0 Etapa do ciclo que a máquina recebe calor da fonte quente. T 1 : Temp. Fonte uente T : Temp. Fonte Fria B C: Expansão Adiabática ( = 0) BC = BC + U BC BC = -U BC V BC > 0 T U BC < 0 Etapa do ciclo que o gás é resfriado até a temperatura da fonte fria T.
33 Ciclo de Carnot 1 T 1 : Temp. Fonte uente T : Temp. Fonte Fria C D: Compressão Isotérmica (T = cte: U = 0) CD = CD + U CD CD = CD < 0 Etapa do ciclo que a máquina rejeita calor da fonte fria. D A: Compressão Adiabática ( = 0) DA = DA + U DA DA = -U DA V DA < 0 T U DA > 0 Etapa do ciclo que o gás é aquecido retornando até a temperatura da fonte quente T 1.
34 Ciclo de Carnot T 1 : Temp. Fonte uente T : Temp. Fonte Fria Para o Ciclo de Carnot, é possível demonstrar que: 1 T T 1
35 Ciclo de Carnot T 1 : Temp. Fonte uente T : Temp. Fonte Fria 1 1 Carnot T 1 T 1
36 Ciclo de Carnot 1 T T 1 máx T 1 T 1
37 Ciclo de Carnot T 1 : Temp. Fonte uente T : Temp. Fonte Fria máx T 1 T 1 Para η=100% T = 0 K
38 (UFPR 017) Uma máquina térmica teórica ideal teve um dimensionamento tal que, a cada ciclo, ela realizaria trabalho de 50 cal e cederia 150 cal para a fonte fria. A temperatura prevista para a fonte quente seria de 17 C. Determine: a) O rendimento dessa máquina térmica. b) A temperatura prevista para a fonte fria, em graus Celsius ,5 00J 1 5%
39 (UFPR 017) Uma máquina térmica teórica ideal teve um dimensionamento tal que, a cada ciclo, ela realizaria trabalho de 50 cal e cederia 150 cal para a fonte fria. A temperatura prevista para a fonte quente seria de 17 C. Determine: a) O rendimento dessa máquina térmica. b) A temperatura prevista para a fonte fria, em graus Celsius. T K 1 Ciclo de Carnot: T T 1 T T 150 T 300K T C 7
40 Fonte Fria Fonte uente Refrigerador (Máquina Frigorífica) 1 1
41 Refrigerador (Máquina Frigorífica) MÁUINA TÉRMICA > 0 Ciclo Horário REFRIGERADOR < 0 Ciclo Anti-Horário
42 Refrigerador (Máquina Frigorífica)
43 Fonte Fria Fonte uente Refrigerador (Máquina Frigorífica) Eficiência de um refrigerador: 1 e 1 1 e 1
44 Refrigerador (Máquina Frigorífica) Ciclo de Carnot: 1 T T 1 Máxima Eficiência: CICLO DE CARNOT e 1 Ciclo de Carnot no sentido anti-horário. e máx T 1 T T
45 Considere uma geladeira ideal cujo compressor tenha potência útil igual a 5,0 k. Se, durante cada minuto de funcionamento desse compressor, o radiador (serpentina traseira) transfere para o meio ambiente 4, J de energia térmica, a eficiência do refrigerador é igual a: a) 33%. b) 50%. c) 67%. d) 75%. e) 100%.
46 J 1 5 4,510 3,0 10 1, J e e 1,510 3, e 50%
47 Considere uma geladeira ideal cujo compressor tenha potência útil igual a 5,0 k. Se, durante cada minuto de funcionamento desse compressor, o radiador (serpentina traseira) transfere para o meio ambiente 4, J de energia térmica, a eficiência do refrigerador é igual a: a) 33%. b) 50%. c) 67%. d) 75%. e) 100%.
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