Termodinâmica 4. Alexandre Diehl. Departamento de Física - UFPel

Transcrição

1 Termodinâmica 4 Alexandre Diehl Departamento de Física - UFPel

2 Consequências do experimento de Joule As paredes do recipiente contendo água eram isolantes. O trabalho realizado pelas pás sobre o sistema era do tipo adiabático. TERMO 2

3 Consequências do experimento de Joule As paredes do recipiente contendo água eram isolantes. O trabalho realizado pelas pás sobre o sistema era do tipo adiabático. São necessários J de energia na forma de trabalho para elevar em 1 o C a temperatura de 1 grama de água. Não importa a forma como este trabalho adiabático é feito, a mesma quantidade de trabalho é exigido para levar o sistema (água) entre os mesmos dois estados de equilíbrio. TERMO 3

4 Consequências do experimento de Joule 1 a Lei de Termodinâmica Se um sistema é levado entre dois estados de equilíbrio inicial e final de forma adiabática, o trabalho feito é o mesmo para todos os caminhos (ou processos) adiabáticos ligando os estados final e inicial. Se um sistema termicamente isolado é levado através de um processo entre dois estados de equilíbrio, o trabalho adiabático envolvido é independente do tipo de processo usado. TERMO 4

5 Consequências do experimento de Joule 1 a Lei de Termodinâmica Existem paredes, ditas adiabáticas, com a propriedade de que o trabalho realizado ao levarmos um sistema encerrado por tais paredes entre dois estados é determinado completamente por estes estados, independentemente das condições externas. Deve existir uma variável de estado, que chamamos de energia interna U, cuja variação depende apenas dos estados inicial e final. TERMO 5

6 Consequências do experimento de Joule 1 a Lei de Termodinâmica Existem paredes, ditas adiabáticas, com a propriedade de que o trabalho realizado ao levarmos um sistema encerrado por tais paredes entre dois estados é determinado completamente por estes estados, independentemente das condições externas. O trabalho, neste caso, é dito adiabático, sendo igual à diferença na energia interna dos dois estados. TERMO 6

7 Consequências do experimento de Joule 1 a Lei de Termodinâmica O sinal de menos é uma convenção: Realizado pelo sistema Exemplo: expansão de um gás TERMO 7

8 Consequências do experimento de Joule 1 a Lei de Termodinâmica O sinal de menos é uma convenção: Realizado sobre sistema Exemplo: compressão de um gás TERMO 8

9 Consequências do experimento de Joule 1 a Lei de Termodinâmica Se o sistema não é termicamente isolado, o trabalho realizado para levar o sistema entre dois estados de equilíbrio depende do processo envolvido. Existe uma diferença entre o trabalho adiabático, necessário para levar o sistema entre dois estados de equilíbrio, e o trabalho não adiabático W exigido para produzir a mesma mudança, diferença essa que chamamos de calor Q: Calor Q é a troca não mecânica de energia entre o sistema e suas vizinhanças, produzida pela existência de uma diferença de temperatura entre eles (calor sensível). TERMO 9

10 Consequências do experimento de Joule 1 a Lei de Termodinâmica Se o sistema não é termicamente isolado, o trabalho realizado para levar o sistema entre dois estados de equilíbrio depende do processo envolvido. Existe uma diferença entre o trabalho adiabático, necessário para levar o sistema entre dois estados de equilíbrio, e o trabalho não adiabático W exigido para produzir a mesma mudança, diferença essa que chamamos de calor Q: TERMO 10

11 Consequências do experimento de Joule 1 a Lei de Termodinâmica Se o sistema não é termicamente isolado, o trabalho realizado para levar o sistema entre dois estados de equilíbrio depende do processo envolvido. Existe uma diferença entre o trabalho adiabático, necessário para levar o sistema entre dois estados de equilíbrio, e o trabalho não adiabático W exigido para produzir a mesma mudança, diferença essa que chamamos de calor Q: TERMO 11

12 Consequências do experimento de Joule 1 a Lei de Termodinâmica Calor é absorvido pelo sistema Calor é liberado pelo sistema TERMO 12

13 Forma diferencial da 1 a Lei de Termodinâmica Diferencial exata Diferencial não-exata A integral entre dois pontos independe do caminho de integração. Existe uma variável de estado chamada energia interna do sistema. TERMO 13

14 Forma diferencial da 1 a Lei de Termodinâmica Sistemas hidrostáticos: Fio esticado: Pilha reversível: TERMO 14

15 Capacidade térmica Unidades: J.K -1 ou cal. o C -1 Calor específico Unidades: J.kg -1.K -1 ou cal.g -1. o C -1 Unidades: J.mol -1.K -1 ou cal.mol -1. o C -1 TERMO 15

16 Para sólidos e líquidos não precisamos nos preocupar com as condições experimentais em que o calor é liberado ou absorvido. Para sólidos, o calor específico em altas temperaturas vale aproximadamente 25 J/mol.K, independentemente do tipo de sólido (lei de Dulong e Petit, 1819) Para baixas temperaturas o calor específico tende para zero (3 a lei da termodinâmica). Nenhuma teoria clássica pode explicar este comportamento com a temperatura. TERMO 16

17 O calor específico da água (1 cal/g. 0 C) tem pequena variação entre 0 e 100 o C. W. J. de Haas, 1950 TERMO 17

18 TERMO 18

19 Para gases precisamos nos preocupar com as condições experimentais em que o calor é liberado ou absorvido. Processos a volume constante Processos a pressão constante TERMO 19

20 Para gases precisamos nos preocupar com as condições experimentais em que o calor é liberado ou absorvido. TERMO 20

21 Se após um processo quase-estático infinitesimal teremos Assim TERMO 21

22 Dividindo por TERMO 22

23 Se é constante, Ou seja, TERMO 23

24 Se é constante, como e TERMO 24

25 Se é constante, ou TERMO 25

26 Se após um processo quase-estático infinitesimal teremos Assim TERMO 26

27 Agora, se Assim TERMO 27

28 Dividindo por Se é constante TERMO 28

29 Como e Se é constante ou TERMO 29

30 Se é constante Como e TERMO 30

31 Se é constante mas TERMO 31

32 Se é constante mas TERMO 32