TERMODINÂMICA. Encontro 08 Estrelas: Fábricas de elementos químicos?

Transcrição

1 TERMODINÂMICA Encontro 08 Estrelas: Fábricas de elementos químicos?

2 ESTRELAS: FÁBRICAS DE ELEMENTOS QUÍMICOS? Uma grande dúvida da astronomia moderna foi a origem dos elementos químicos.

3 ESTRELAS: FÁBRICAS DE ELEMENTOS QUÍMICOS? A teoria do BIG BANG é parte da resposta. Nela, toda a matéria do Universo foi criada a partir de um estágio quente e concentrado. D_MELFboodE/ULXqBCZz67I/AAAAAAAACHc/HqUBNZNlStE/s1600/bigbang-600x337.jpg

4 ESTRELAS: FÁBRICAS DE ELEMENTOS QUÍMICOS?

5 ESTRELAS: FÁBRICAS DE ELEMENTOS QUÍMICOS? Estes elementos (principalmente o hidrogênio) ficaram concentrados em grandes nuvens de gás, onde posteriormente surgiram as primeiras estrelas, com massas 500 vezes maiores que o Sol. Mais tarde essas estrelas deram origem as Galáxias que conhecemos.

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7 ESTRELAS: FÁBRICAS DE ELEMENTOS QUÍMICOS? Hoje sabemos que parte dos elementos químicos é produzida núcleo das estrelas, através da fusão termonuclear. Chamamos este processo de nucleossíntese estelar.

8 ESTRELAS: FÁBRICAS DE ELEMENTOS QUÍMICOS? Estrelas de até oito massas solares convertem hidrogênio em hélio, e este em carbono e oxigênio. Acima desta massa, estrelas conseguem produzir outros elementos como néon, silício e ferro Elementos mais pesados (chumbo, ouro, prata, etc) são criados em estrelas acima de 25 massas solares, quando se transformam Supernovas..

9 ESTRELAS: FÁBRICAS DE ELEMENTOS QUÍMICOS? Como estrelas acima de oito massas solares conseguem produzir outros elementos químicos como néon, silício e ferro?

10 PRIMEIRA LEI DA TERMODINÂMICA Para compreender a 1ª Lei da termodinamica vamos falar do final de uma festa.

11 PRIMEIRA LEI DA TERMODINÂMICA De que modos podemos modificar a agitação de uma festa?

12 PRIMEIRA LEI DA TERMODINÂMICA Um dos modos, já vimos adicionar dinheiro

13 PRIMEIRA LEI DA TERMODINÂMICA Outra modo, é modificar o tamanho do salão.

14 PRIMEIRA LEI DA TERMODINÂMICA Um gás ideal confinado se comporta de modo muito parecido com esta situação: Ocorre na festa Mudar a agitação das pessoas na festa. Fornecendo/retirando dinheiro das pessoas Aumentar ou diminuir o salão Ocorre num gás Equivale a variar a energia interna do gás E Equivale a transferir energia de uma fonte quente ou fria - calor Q Equivale ao gás realizar ou receber trabalho W

15 PRIMEIRA LEI DA TERMODINÂMICA Simulação: Phet states-of-matter-basics_pt_br

16 PRIMEIRA LEI DA TERMODINÂMICA A primeira lei da termodinâmica estabelece relação entre energia interna e trabalho através da equação: Onde: E = Variação da energia interna (Joules) Q = Calor (energia transferida) (Joules) W = trabalho mecânico (Joules)

17 PRIMEIRA LEI DA TERMODINÂMICA Esta é uma lei de conservação de energia que nos diz que podemos converter a energia interna de um gás em trabalho mecânico e vice-versa.

18 PRIMEIRA LEI DA TERMODINÂMICA Podemos modificar a energia interna do gás: Através do trabalho realizado pelo gás ou então realizado sobre o gás Transferindo energia (Calor) para o gás.

19 PRIMEIRA LEI DA TERMODINÂMICA Vamos analisar as diferentes transformações termodinâmicas em gases confinados?

20 PRIMEIRA LEI DA TERMODINÂMICA Graficamente o trabalho representa a área baixo da curva. Quando a transformação ocorre da esquerda para direita, significa que o gás realizou trabalho (W>0)

21 PRIMEIRA LEI DA TERMODINÂMICA Graficamente o trabalho representa a área baixo da curva. Quando a transformação ocorre da direita para esquerda, significa que o gás realizou trabalho (W>0)

22 TRANSFORMAÇÃO ISOMÉTRICA

23 EXEMPLO 8-1 Estado inicial - A 300 K 1,0 Atm Q = 100 J Primeira Lei da Termodinâmica E = Q - W E = E = 100 J W = 0 J Estado final - B 600 K 2,0 Atm

24 EXEMPLO 8-2 Estado inicial - A 600 K 2,0 Atm Q = -100 J Primeira Lei da Termodinâmica E = Q - W E = E = J W = 0 J Estado final - B 300 K 1,0 Atm

25 TRANSFORMAÇÃO ISOBÁRICA

26 EXEMPLO 8-3 Estado inicial - A 300 K Trabalho W>0 1,0 Atm Q = 100 J Primeira Lei da Termodinâmica E = Q - W E = E = 30 J W = 70 J Estado final - B 400 K 1,0 Atm

27 EXEMPLO 8-4 Estado inicial - A 400 K Trabalho W<0 1,0 Atm Q = -100 J Primeira Lei da Termodinâmica Estado final - B E = Q - W E = (-70) E = - 30 J W = - 70 J 300 K 1,0 Atm

28 TRANSFORMAÇÃO ISOTÉRMICA

29 EXEMPLO 8-5 Estado inicial - A 300 K Trabalho W>0 1,5 Atm Q = 100 J Primeira Lei da Termodinâmica Estado final - B E = Q - W E = (100) E = 0 J W = 100 J 300 K 1,0 Atm

30 EXEMPLO 8-6 Estado inicial - A 300 K Trabalho W<0 1,0 Atm Q = -100 J Primeira Lei da Termodinâmica Estado final - B E = Q - W E = (-100) E = 0 J W = J 300 K 1,5 Atm

31 TRANSFORMAÇÃO ADIABÁTICA

32 EXEMPLO 8-7 Estado inicial - A 400 K Trabalho W>0 1,2 Atm Q = 0 J Primeira Lei da Termodinâmica Estado final - B E = Q - W E = 0 - (100) E = -100 J W = 100 J 300 K 1,0 Atm

33 EXEMPLO 8-8 Estado inicial - A 300 K Trabalho W<0 1,0 Atm Q = 0 J Primeira Lei da Termodinâmica Estado final - B E = Q - W E = 0 - (- 100) E = 100 J W = J 400 K 1,2 Atm

34 ESTRELAS: FÁBRICAS DE ELEMENTOS QUÍMICOS? Como estrelas acima de oito massas solares conseguem produzir outros elementos químicos como néon, silício e ferro?

35 ESTRELAS: FÁBRICAS DE ELEMENTOS QUÍMICOS? Conforme vimos nas aulas anteriores, as estrelas geram sua energia a partir da fusão nuclear.

36 ESTRELAS: FÁBRICAS DE ELEMENTOS QUÍMICOS? Ela ocorre somente os prótons possuem velocidades muito próximas da luz ( km/s).

37 ESTRELAS: FÁBRICAS DE ELEMENTOS QUÍMICOS? Mas de onde vem a energia para que a fusão seja possível?

38 ESTRELAS: FÁBRICAS DE ELEMENTOS QUÍMICOS? De acordo com a primeira lei da termodinâmica: W < 0 = Trabalho das camadas gases externas ao núcleo. Núcleo E = Variação da Energia interna do núcleo. E = Q - W E = - (-W) E = W

39 ESTRELAS: FÁBRICAS DE ELEMENTOS QUÍMICOS? O trabalho realizado pelos gases ao redor do núcleo, aumenta sua temperatura, deixando os prótons rápidos o suficiente para vencer a repulsão elétrica e se fundirem. Núcleo

40 ESTRELAS: FÁBRICAS DE ELEMENTOS QUÍMICOS? Cada vez que a taxa de fusão termonuclear diminui no núcleo as camadas de gases externas o comprimem, iniciando a fusão termonuclear numa casca ao seu redor.

41 ESTRELAS: FÁBRICAS DE ELEMENTOS QUÍMICOS? Assim, somente estrelas com massas acima de 8 massas solares consegue criar estes elementos.

42 ESTRELAS: FÁBRICAS DE ELEMENTOS QUÍMICOS?

43 ESTRELAS: FÁBRICAS DE ELEMENTOS QUÍMICOS? Outros elementos mais raros, com ouro, prata chumbo, entre outros são criados quando as estas estrelas massivas tornam-se supernovas. Vídeo : Estrelas 29:00

44 ESTRELAS: FÁBRICAS DE ELEMENTOS QUÍMICOS?