Sistemas termodinâmicos Sistemas termodinâmicos Prof. Luís C. Perna TERMODINÂMICA O QUE SIGNIFICA ESTE TERMO? TERMODINÂMICA calor força, movimento No início a termodinâmica, ocupava-se do estudo dos processos que permitiam converter calor em trabalho. 1
SISTEMA TERMODINÂMICO Um sistema termodinâmico - é todo aquele que é constituído por um conjunto grande de partículas, ocupando uma extensão macroscópica, que evolui no tempo, contém uma determinada massa sujeita a variações de temperatura, e no qual podem ocorrer transferências de energia na forma de calor. Um sistema termodinâmico caracteriza-se pelas suas variáveis termodinâmicas: volume, pressão e temperatura. TERMODINÂMICA VOCABULÁRIO Sistema termodinâmico Um sistema termodinâmico é uma quantidade arbitrária de matéria, cujas propriedades podem ser descritas unicamente e de forma completa, especificando certos parâmetros macroscópicos que podem ser: temperatura, pressão, volume, Vizinhança do sistema É aquilo que é exterior ao sistema e com o qual o sistema pode, eventualmente, trocar energia e/ou matéria. Fronteira Superfície fechada, real (uma parede, uma membrana, etc.) ou abstracta (imaginada por nós), que separa o sistema da sua vizinhança. 2
SISTEMAS TERMODINÂMICOS EXEMPLO DE UM SISTEMA TERMODINÂMICO Gás contido num cilindro com uma parede móvel. Vizinhança: ar exterior ao recipiente Sistema: gás num recipiente de parede móvel Parede móvel (êmbolo) + Superfície lateral do cilindro + Base do cilindro Fronteira: paredes do recipiente 3
TIPOS DE SISTEMAS Um sistema apresenta sempre uma fronteira através da qual poderá trocar energia com a vizinhança. Consoante a existência ou não de trocas entre um determinado sistema e as sua vizinhança podemos classificá-lo em: isolado, aberto ou fechado. EXEMPLOS DE SISTEMAS TERMODINÂMICOS 4
SISTEMAS TERMODINÂMICOS A fronteira ou parede de um sistema diz-se adiabática quando não permite trocas de energia sob a forma de calor com o exterior. Podemos considerar adiabáticas as paredes das garrafastermo, por exemplo. Quando as paredes do sistema permitem transferências de energia sob a forma de calor com o exterior, designam-se diatérmicas. As paredes de um calorífero são diatérmicas. RESUMINDO Sistema isolado Sistema fechado Sistema aberto Paredes adiabáticas Não troca energia nem matéria com a sua vizinhança. Não troca matéria com a sua vizinhança (pode trocar energia). Troca matéria com a sua vizinhança (pode trocar energia). Não permitem trocas de energia sob a forma de calor com o exterior. Paredes diatérmicas Permitem trocas de energia na forma de calor com o exterior. 5
EXERCÍCIO 1 Complete as seguintes frases. A. Um é um conjunto de um grande número de partículas, com dimensões mensuráveis, que evolui no tempo, contendo uma determinada e uma determinada. B. A parede, real ou conceptual, que separa o do designa-se. Observe as seguintes situações: A. Ferver sopa. B. Transportar uma bebida quente numa garrafa-termo. C. Cubo de gelo a fundir. D. Ligar um disco do fogão sem nenhum recipiente em cima. Indique as que são consideradas sistemas abertos, fechados e isolados. Classifique as paredes dos sistemas indicados em diatérmica e adiabática. EXERCÍCIO 2 As situações A e C são consideradas sistemas abertos pois há trocas de matéria e energia com o exterior. A situação B representa um sistema isolado pois não efectua trocas de matéria e energia com o exterior. A situação D é um exemplo de um sistema fechado pois o fogão só troca energia com o exterior. Na situação A, C e D, as paredes são diatérmicas pois permitem trocas de energia com o exterior. Na situação B, as paredes são designadas adiabáticas pois não permitem trocas de energia com o exterior. 6
Estabeleça a ligação dos sistemas representados na coluna A com os termos contidos na coluna B. EXERCÍCIO 3 EXERCÍCIO 4 Classifique as seguintes proposições em verdadeiras (V) ou falsas (F), corrigindo as falsas. (A) Um sistema aberto pode ter paredes diatérmicas. (B) O Universo é um sistema aberto. (C) Quando uma ou mais propriedades de um sistema varia, dizemos que ocorre um processo termodinâmico. (D) Um sistema fechado é um sistema que não permite trocas de energia com o exterior, mas permite trocas de matéria. (E) Paredes adiabáticas são aquelas que permitem trocas de energia com o exterior e paredes diatérmicas não permitem trocas de energia com o exterior. 7
EXERCÍCIO 5 Observe a figura onde está representado um incêndio. a) Como classifica este sistema? Justifique a sua resposta. R: É um sistema aberto porque efectua trocas de energia e de matéria com o exterior. b) Apresente exemplos de sistemas abertos, fechados e isolados. R:Sistemas abertos: uma panela com água a ferver; uma fogueira. Sistemas fechados: um disco de fogão ligado; um aquecedor ligado. Sistemas isolados: uma garrafa termos; o Universo. c) Dos exemplos que mencionou anteriormente, indique os que possuem paredes diatérmicas e adiabáticas. R: Sistemas que possuem paredes diatérmicas: uma panela com água a ferver, a fogueira, o disco de fogão ligado e o aquecedor ligado. Sistemas que possuem paredes adiabáticas: garrafa termos e Universo. 8