Introdução à Termodinâmica

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A transferência ou transmissão de calor se da de três maneiras básicas:

Condução: O calor é conduzido através de um meio que une os sistemas que estejam a temperaturas diferentes, existindo um fluxo do sistema de maior temperatura para o de menor temperatura.

Convecção: A transmissão de calor é feita de um lugar para outro pelo deslocamento de material

Radiação: A transmissão se da na emissão continua de energia na forma de ondas eletromagnéticas.

Calor e Trabalho

Calor Energia transferida como conseqüência da diferença de temperatura. Q[pic 18]

Trabalho Energia transferida de um sistema a outro de tal modo que a diferença de temperatura não esteja diretamente envolvida. W[pic 19]

Q e W não são características do estado de equilíbrio do sistema.

Q e W são características dos processos termodinâmicos.

[pic 20][pic 21]

Sistema em equilíbrio inicial

.

[pic 22][pic 23]

[pic 24][pic 25][pic 26][pic 27]

[pic 28][pic 29][pic 30][pic 31]

Processo termodinâmico Sistema em equilíbrio final

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Um gás em expansão, realizará um trabalho dado por:

[pic 32]

W realizado pelo sistema depende não só dos estados iniciais e finais mas também dos estados intermediarios.

Q fornecido a um sistema ou recebido dele depende dos estados intermediários.

P

[pic 33]

Pi[pic 34][pic 35][pic 36][pic 37][pic 38][pic 39][pic 40][pic 41][pic 42][pic 43][pic 44][pic 45][pic 46][pic 47][pic 48][pic 49][pic 50][pic 51]

Pf

Vi Vf V

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No diagrama PV, temos diferentes caminhos levando o sistema de um estado inicial i a um estado final f:

Processo isocórico: ( Volume constante ou ΔV=0 ) .

O trabalho realizado será igual a zero. W =0.

Processo isobárico : ( Pressão constante ou ΔP = 0 ).

Neste caso o trabalho é : W = PΔV.

Processo isotérmico : Realizado a temperatura constante . W = nRT ( ln Vf – ln Vi ).

Processo adiabático: Realizado sem troca de calor com a vizinhança. W = 1/γ-1 [ PfVf-PiVi ].

1ª Lei da Termodinâmica

Num processo termodinâmico com estado inicial i e estado final f, temos que:

Q varia com o caminho

W varia com o caminho

Q-W é constante, depende das posições iniciais e finais.

Energia interna Q-W[pic 52]

Q Energia recebida pelo sistema devido à transferencia de calor[pic 53]

W Energia cedida pelo sistema devido à realização de trabalho.[pic 54]

Uf – Ui = ΔU = Q- W

ΔU variação da energia interna- não depende do

trabalho

Q>0 Sistema recebe calor

W>0 sistema realiza trabalho

[pic 55]

Para qualquer processo em que se acrescenta calor Q a um sistema e trabalho W é realizado pelo sistema, a energia resultante transferida Q- W é igual à variação ΔU na energia interna do sistema.

[pic 56]

1ª lei da Termodinâmica.

[pic 57]

A energia interna U é uma variável de estado cuja

variação ΔU é dada pela energia resultante transferida Q – W.

dW e dQ não são diferenciais exatas ( Q e W ) não são funções das coordenadas.

Alguns resultados decorrentes da primeira lei:

Processo Características do processo

Isotérmico (ΔT=0) ΔU =0

Isocórico ( ΔV=0 ) W = 0, ΔU = Q

Isobárico (ΔP =0 ) W = P ΔV, ΔU =Q- pΔV

Adiabático ( Q= 0 ) ΔU = 0, Q = W

Teoria Cinética dos Gases

A teoria cinética dos gases relaciona propriedades macroscópicas dos gases como pressão e temperatura, com propriedades microscópicas como energia cinética e velocidade das moléculas.

Modelo molecular de um gás ideal:

- O gás consiste em n moléculas, onde n é um numero extremamente grande. NA é o numero de Avogadro = 6.02 x 1023 Um mol de uma substancia contem o numero de Avogadro de moléculas.

- As moléculas estão em movimento Browniano, e a mecânica Newtoniana descreve adequadamente o comportamento das moléculas individuais.

- O volume ocupado pelas moléculas ( no volume total do gás ) é pequeno.

- As forças entre elas são desprezíveis ( exceto durante uma colisão )

- As colisões são elásticas e ocorrem num intervalo de tempo curto.[pic 58]

É