1 e 2 leis da termodinmica1 LEI DA TERMODINMICA- Considere-se um cilindro delimitado por um pisto e uma expanso quasi-esttica,atravs de deslocamentos, dy, do pisto. O trabalho realizado pelo gs :V P y PA y F W d d d d = = =dW positivo quando o trabalho realizado pelo sistema.- Numa situao mais geral o trabalho vem dado por:}=fiVVV P W d , que tem em conta a forma como a pressovaria no processo.- Quando se representa os estados do sistema numdiagramaPVo trabalho realizado nesseprocesso dado pela rea abaixo da curva quecorresponde ao processo.- Otrabalhopositivoquandoovolumefinal maior doqueoinicial enegativoquandoovolume final menor do que o inicial.- O trabalho depende, assim, do caminhopercorrido. 231 Lei da Termodinmica Lei de Conservao da Energia 2 Lei da TermodinmicaRestringe o tipo de converses energticasnos processos termodinmicosFormaliza os conceitos de processosreversveis e irreversveis- Se considerarmosQa quantidade positiva que corresponde ao calor recebido porumdeterminadosistemaeWaquantidadepositivaquecorrespondeaotrabalhorealizadopelosistemasobreavizinhana(repare-sequesoambasquantidadesenergticas) observa-sequeaquantidadeQ W(quecorrespondevariaodeenergia internadosistema,AU) independentedocaminhopercorrido, sendo,portanto, uma funo de estado.W Q U U Ui f = = A- Casos especiais de variaes energticas:I Sistema Isolado: Um sistema isolado aquele que no interactua com o exterior.i fU U U W Q = = A = = 0 0 ; 0A energia interna de um sistema isolado mantm-se constanteII Processo Cclico: W Q U = = A0Num processo cclico o calor transferido iguala o trabalhorealizadoIII Processo Isocrico: Um processo isocrico ouisovolmico aquele que ocorre a volume constante.Q U W V = A = = A0 0Num processo isocrico a variao de energia interna iguala o calor transferidoIV Processo Adiabtico: Um processo adiabtico aquele que no troca calor com asua vizinhana, ou porque se encontra termicamente isolado desta, ou porque ocorremuito rapidamente.W U Q = A =0Num processo adiabtico a variao da energia interna iguala o trabalho realizadosobre o sistemaV Processo Isobrico: Um processo isobrico aquele que ocorre a presso constante.( )i fV V P W =24VIProcessoIsotrmico: Umprocessoisotrmicoaquele queocorreatemperaturaconstante. Vejamos o que acontece num gs ideal:ifVVteVVnRT PdV W c PV nRT PVfiln ... = = = = =} : ento, ComoMas, como veremos, num gs ideal, quando AT= 0 AU = 0 Q = WIRREVERSIBILIDADE, PROBABILIDADE E 2 LEI DA TERMODINMICA- No seguimento do estudo das Leis da Termodinmica importa ter presente algumasnoes relacionadas com irreversibilidade, probabilidade e ordem Atente-se nasseguintes afirmaes:1. Os fenmenos desordenados so mais provveis.2. Fenmenos improvveis que envolvam grandes nmeros podem ser consideradosimpossveis3. Os dois pontos anteriores conduzema que quando os fenmenos envolvemgrandesnmerosapassagemespontneadeumestadodesordenadoparaumestadoordenado impossvel. Para ocorrer uma transformao deste tipo necessrio consumo de energia, enquanto que o contrrio ocorre livremente!4. Ento, sendo o calor um tipo de energia com carcter aleatrio, sempre possveltransformar uma dada quantidade de trabalho emcalor, enquanto que napassagem de calor a trabalho h sempre perdas. Este ltimo ponto ,essencialmente, a 2 Lei da Termodinmica.ENTROPIA E 2 LEI- A 2 Lei da Termodinmica envolve, pois, uma interessante funo de estado qualse d o nome de Entropia, definida a partir da seguinte situao: Considere-se umsistema que fica sujeito a um processo infinitesimal entre dois estados de equilbrio.SedQrfor a quantidade de energia trmica envolvida nesse processo,sendo estereversvel, a variao de entropia dS ser dada por:TdQdSr=onde T a temperatura absoluta.25- Do ponto de vista estatstico a entropia est associada desordem.- Umaoutraformadeenunciar a2 Lei daTermodinmica: Aentropiadeumsistema isolado nunca diminui: num processo reversvel mantm-se constante, numprocesso irreversvel, aumenta. O que significa que para aumentar a ordem de umsistema necessrio aumentar a entropia da vizinhana.- Para calcular a variao de entropia num processo, utiliza-se a equao:}= AfirTdQS- Sendoaentropiaumamedidadedesordem, repare-sequeelaaumentaporqueadesordem sempre mais provvel- H ainda uma outra grandeza fsica envolvida nestas questes qual se d o nomede informao, e que est intimamente relacionada com a noo de ordem, uma vezque esta exige no apenas energia, mas tambm informao de como a usar- No caso dos seres vivos, por exemplo, a energia provm dos alimentos ou do sol(no caso das plantas), enquanto que a informao de como usar essa energia estcontida no DNA.ENERGTICA DO CORPO HUMANO- Ataxametablicadocorpohumanooconsumoenergticodoindivduoporunidade de rea e de tempo. Tem, pois, unidade J m-2 s-1.- Para a calcular necessita-se de conhecer a rea do corpo que determinada, no casodo homem, atravs da expresso emprica:sendo m a massa do indivduo e h a sua altura.- Calcule-se, ento, a energia consumida por dia de um indivduo com 70 kg e 1.55m, sabendoqueataxametablicaaproximadamente40kcal m-2 h-1(Resposta:1622 kcal.26- Uma alimentao equilibrada poder ento ser calculada tendo em conta os valoresenergticos dos alimentos. A ttulo de exemplo, poder-se- referir que um grama dehidratos de carbono corresponde a 4 kcal, enquanto que umgrama de lpidoscorresponde a 9 kcal.- Nos clculos dobalanoenergticodeveaindaatender-seaofactodealgumasreaces qumicas que ocorremno corpo humano necessitaremda aco decatalizadores que exigem oxignio (exigindo, por isso, mais energia).- Existem vrios mecanismos de perda de calor que devem ser referidos quando seaborda o tema do balano energtico, so eles:1. A condutividade2. A conveco e radiao3. O suor4. Aevaporao pela respirao (menor quando comparada comos restantesmecanismos)27