TERMODINÂMICA

Encontro 08 – Estrelas: Fábricas de elementos químicos?

ESTRELAS: FÁBRICAS DE ELEMENTOS QUÍMICOS?

• Uma grande dúvida da astronomia moderna foi a origem dos elementos químicos.

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.

http://2.bp.blogspot.com/-D_MELFboodE/ULXqBCZz67I/AAAAAAAACHc/HqUBNZNlStE/s1600/bigbang-600x337.jpg

ESTRELAS: FÁBRICAS DE ELEMENTOS QUÍMICOS?

https://stropatus.files.wordpress.com/2014/09/big-bang-theory-illustrated.jpg

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.

http://www.firstpr.com.au/astrophysics/hubble-deep-field/hubble-deep-field-northern-detail-rw-caption.jpg

http://www.infoescola.com/wp-content/uploads/2009/08/8-35a183bdc4.jpg

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.

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.

• .

ESTRELAS: FÁBRICAS DE ELEMENTOS QUÍMICOS?

Como estrelas acima de oito massas solares conseguem produzir outros elementos químicos

como néon, silício e ferro?

PRIMEIRA LEI DA TERMODINÂMICA

• Para compreender a 1ª Lei da termodinamica vamos falar do final de uma festa.

http://estudos.gospelmais.com.br/fim-de-festa.html

PRIMEIRA LEI DA TERMODINÂMICA

• De que modos podemos modificar a agitação de uma festa?

PRIMEIRA LEI DA TERMODINÂMICA

• Um dos modos, já vimos adicionar dinheiro

PRIMEIRA LEI DA TERMODINÂMICA

• Outra modo, é modificar o tamanho do salão.

http://www.skyscrapercity.com/showthread.php?t=861238&page=184 https://mairaw.wordpress.com/2007/12/11/dia-de-festas/

PRIMEIRA LEI DA TERMODINÂMICA

• Um gás ideal confinado se comporta de modo muito parecido com esta situação:

Ocorre na festa Ocorre num gás

Mudar a agitação das

pessoas na festa.

Equivale a variar a energia

interna do gás ∆E

Fornecendo/retirando

dinheiro das pessoas

Equivale a transferir energia

de uma fonte quente ou fria -

calor Q

Aumentar ou diminuir o salão Equivale ao gás realizar ou

receber trabalho W

PRIMEIRA LEI DA TERMODINÂMICA

Simulação: Phet states-of-matter-basics_pt_BR

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)

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.

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.

PRIMEIRA LEI DA TERMODINÂMICA

• Vamos analisar as diferentes transformações termodinâmicas em gases confinados?

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)

http://osfundamentosdafisica.blogspot.com.br/2013/06/cursos-do-blog-termologia-optica-e-ondas_11.html

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)

http://osfundamentosdafisica.blogspot.com.br/2013/06/cursos-do-blog-termologia-optica-e-ondas_11.html

TRANSFORMAÇÃO ISOMÉTRICA

Estado final - B

2,0 Atm

600 K

1,0 Atm

300 K

EXEMPLO 8-1 Estado inicial - A

Primeira Lei da Termodinâmica

∆E = Q - W

∆E = 100 - 0

∆E = 100 J

W = 0 J

Q = 100 J

Estado final - B

1,0 Atm

300 K

2,0 Atm

600 K

EXEMPLO 8-2 Estado inicial - A

Primeira Lei da Termodinâmica

∆E = Q - W

∆E = - 100 - 0

∆E = - 100 J

W = 0 J

Q = -100 J

TRANSFORMAÇÃO ISOBÁRICA

1,0 Atm

400 K

Estado final - B

EXEMPLO 8-3 Estado inicial - A

Primeira Lei da Termodinâmica

∆E = Q - W

∆E = 100 - 70

∆E = 30 J

1,0 Atm

300 K

Q = 100 J

W = 70 J

Trabalho W>0

Estado final - B

1,0 Atm

300 K

EXEMPLO 8-4 Estado inicial - A

Primeira Lei da Termodinâmica

∆E = Q - W

∆E = - 100 - (-70)

∆E = - 30 J

1,0 Atm

400 K

W = - 70 J

Q = -100 J

Trabalho W<0

TRANSFORMAÇÃO ISOTÉRMICA

EXEMPLO 8-5

Primeira Lei da Termodinâmica

∆E = Q - W

∆E = 100 - (100)

∆E = 0 J 1,0 Atm

300 K

Estado final - B

W = 100 J

1,5 Atm

300 K

Estado inicial - A

Q = 100 J

Trabalho W>0

EXEMPLO 8-6

Primeira Lei da Termodinâmica

∆E = Q - W

∆E = -100 - (-100)

∆E = 0 J

Trabalho W<0

Estado final - B

1,5 Atm

300 K

Estado inicial - A

1,0 Atm

300 K

W = - 100 J

Q = -100 J

TRANSFORMAÇÃO ADIABÁTICA

EXEMPLO 8-7

Primeira Lei da Termodinâmica

∆E = Q - W

∆E = 0 - (100)

∆E = -100 J 1,0 Atm

300 K

Estado final - B

W = 100 J

1,2 Atm

400 K

Estado inicial - A

Q = 0 J

Trabalho W>0

EXEMPLO 8-8

Primeira Lei da Termodinâmica

∆E = Q - W

∆E = 0 - (- 100)

∆E = 100 J

Estado final - B

1,2 Atm

400 K

Estado inicial - A

1,0 Atm

300 K

W = - 100 J

Q = 0 J

Trabalho W<0

ESTRELAS: FÁBRICAS DE ELEMENTOS QUÍMICOS?

Como estrelas acima de oito massas solares conseguem produzir outros elementos químicos

como néon, silício e ferro?

ESTRELAS: FÁBRICAS DE ELEMENTOS QUÍMICOS?

• Conforme vimos nas aulas anteriores, as estrelas geram sua energia a partir da fusão nuclear.

ESTRELAS: FÁBRICAS DE ELEMENTOS QUÍMICOS?

• Ela ocorre somente os prótons possuem velocidades muito próximas da luz (300.000 km/s).

ESTRELAS: FÁBRICAS DE ELEMENTOS QUÍMICOS?

Mas de onde vem a energia para que a fusão seja possível?

ESTRELAS: FÁBRICAS DE ELEMENTOS QUÍMICOS?

• De acordo com a primeira lei da termodinâmica:

Núcleo

W < 0 = Trabalho das camadas gases externas ao núcleo.

∆E = Variação da Energia interna do núcleo.

∆E = Q - W

∆E = - (-W)

∆E = W

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

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.

http://francisco-scientiaestpotentia.blogspot.com.br/2010/04/das-moleculas-aos-buracos-negros.html

ESTRELAS: FÁBRICAS DE ELEMENTOS QUÍMICOS?

• Assim, somente estrelas com massas acima de 8 massas solares consegue criar estes elementos.

http://www.if.ufrgs.br/~fatima/ead/estrelas.htm

ESTRELAS: FÁBRICAS DE ELEMENTOS QUÍMICOS?

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 http://francisco-scientiaestpotentia.blogspot.com.br/2010/04/das-moleculas-aos-buracos-negros.html https://en.wikipedia.org/wiki/Supernova_remnant

ESTRELAS: FÁBRICAS DE ELEMENTOS QUÍMICOS?

http://apod.nasa.gov/apod/image/1601/Nucleosynthesis_Cmglee_1280.jpg