Marcos Germano Degenhardt

IntroduçãoIntroduçãoIntroduçãoIntroduçãoQuando um móvel se desloca sobre uma superfície com atrito, há necessidade de um constante fornecimento de energia para manter o movimento.

F F F F F F F F F F F

Durante todo o movimento a velocidade permaneceu

constante, logo, o trabalho realizado pela força F não aumentou a energia do móvel, sendo então, dissipada.

IntroduçãoIntroduçãoIntroduçãoIntroduçãoO que aconteceu com a energia recebida pela realização do trabalho?

Transformou-se em energia térmica e com isso aqueceu o corpo. Desta forma:

ετ

ConceitoConceitoConceitoConceitoTermodinâmica é a parte da física que estuda as relações recíprocas entre um trabalho realizado e a corresponde variação da energia térmica do sistema.

F F F F F F F F F

Conceitos básicosConceitos básicosConceitos básicosConceitos básicosHá a necessidade de se compreender alguns dos termos que serão utilizados:

– Sistema e Fronteira– Estado Termodinâmico– Trabalho– Energia– Calor

Sistema e FronteiraSistema e FronteiraSistema e FronteiraSistema e FronteiraA região isolada do espaço, cujas características devem ser estudas, sem qualquer influência externa é o que se chama de

Já a superfície que separa o meio externo, quer seja real, quer imaginária, denomina-se de

ExemploExemploExemploExemplo

Meio Externo

Sistema

Fronteira

A figura a seguir ilustra um sistema:

Classificação dos Classificação dos SistemasSistemas

Classificação dos Classificação dos SistemasSistemas

Os sistemas são classificados em:– Sistemas Abertos

– Sistemas Fechados

– Sistemas Isolados

Sistema AbertoSistema AbertoSistema AbertoSistema AbertoÉ o sistema que permite que através de sua fronteira hajam trocas com o meio externo de matéria e energia

Meio Externo

Sistema

Fronteira

Sistema FechadoSistema FechadoSistema FechadoSistema FechadoNeste caso, o sistema troca apenas energia com o meio externo, a massa não é trocada.

Meio Externo

Sistema

Fronteira

Sistema IsoladoSistema IsoladoSistema IsoladoSistema IsoladoNeste sistema não há trocas, nem de energia, nem de massa, com o meio externo.

Meio Externo

Sistema

Fronteira

Estado Estado TermodinâmicoTermodinâmico

Estado Estado TermodinâmicoTermodinâmico

Corresponde às condições que caracterizam um sistema, em termos de:

– pressão– volume– temperatura– densidade

TransformaçõesTransformaçõesTransformaçõesTransformaçõesSe uma das características de um sistema sofre uma

variação, então diz-se que houve uma transformaçãoChama-se de processo termodinâmico, ao modo pelo qual ocorreu a variação de uma das características de um estado.

Estado Inicial Estado Final

pi

Vi

Ti

pfVf

Tf

Processo

Termodinâmico

TrabalhoTrabalhoTrabalhoTrabalhoNa termodinâmica, trabalha-se com gases, logo, são estes quem realizam trabalho.

Calcula-se o trabalho que um gás realiza por:

Vp .τ

Onde:

τ é o trabalho realizado/recebido

p é a pressão em que o gás se encontra

V é o aumento/redução do volume do gás

Unidades de MedidaUnidades de MedidaUnidades de MedidaUnidades de Medida

Grandeza Símbolo Medida

Trabalho τ Joule (J)

Pressão p Pascal (Pa)

Volume V metros cúbicos (m3)

Caso as unidades não estejam coerentes, elas devem ser transformadas para as unidades acima.

Gráfico do TrabalhoGráfico do TrabalhoGráfico do TrabalhoGráfico do Trabalho Ao se trabalhar com gases, representa-se em gráficos a forma de como a pressão e o volume interagem:

p0

V0 V1

V(m3

)

p(Pa)

Característica do gráfico Característica do gráfico p x Vp x V

Característica do gráfico Característica do gráfico p x Vp x V

No gráfico pressão versus volume (p x V) o trabalho pode ser obtido pela área do mesmo, sob a linha que representa a transformação.

p0

V0 V1

V(m3

)

p(Pa)

Árean

τ

ConvençõesConvençõesConvençõesConvençõesDurante uma transformação o gás, seu volume pode aumentar ou diminuir, caracterizando o trabalho.

Caso o volume

AumenteO Trabalho será positivo e realizado pelo gás

Diminua O Trabalho será negativo e recebido pelo gás

Trabalho realizadoTrabalho realizadoTrabalho realizadoTrabalho realizado•Ocorre quando o volume do gás aumenta•Recebe sinal positivo

p0

V0 V1

V(m3

)

p(Pa)

p1

Árean

τ

Trabalho recebidoTrabalho recebidoTrabalho recebidoTrabalho recebido•Ocorre quando o volume do gás diminui•Recebe sinal negativo

p(Pa)

p0

V0 V1

V(m3

)

p1

Árean

τ

ExemploExemploExemploExemploO gás contido no recipiente ao lado sofre uma transformação, sob pressão de 200 Pa, aumentando seu Volume de 1 m3 para 5 m3. Qual o trabalho realizado na transformação?Dados: p = 200 Pa V0 = 1 m3 V = 5 m3

Solução

J 800τ

1)-200(5τ

)(τ

.τ

0

VVp

Vp

EnergiaEnergiaEnergiaEnergiaEsta associada ao movimento das partículas do gás:

– Quanto maior a temperatura absoluta, maior a velocidade e maior a energia das moléculas;

– Quanto menor a temperatura absoluta, menor a velocidade e menor a energia das moléculas.

A energia é uma função A energia é uma função exclusiva da temperatura exclusiva da temperatura

absoluta das moléculas do gásabsoluta das moléculas do gás

Cálculo da EnergiaCálculo da EnergiaCálculo da EnergiaCálculo da EnergiaCalcula-se a energia de um sistema por:

T23 kE

Onde

E é a energia medida em Joules

k é a constante de Boltzmann

T é a temperatura absoluta, medida em Kelvin

KJ2310.38,1 k

Cálculo da EnergiaCálculo da EnergiaCálculo da EnergiaCálculo da EnergiaPara se determinar o aumento da energia de um sistema, utiliza-se:

TR23 nE

Onde

E é a energia medida em Joules

n é o número mols do gás

R é a constante universal dos gases perfeitos

T é a temperatura absoluta, medida em Kelvin

mol.KJ31,8R

ConvençõesConvençõesConvençõesConvençõesDurante uma transformação o gás, sua temperatura pode aumentar ou diminuir, caracterizando a variação da energia.

Caso a termperatura

AumenteA variação da energia será positiva

Diminua A variação da energia será negativa

ExemploExemploExemploExemploUma amostra gasosa encontra-se a temperatura de 127 ºC. Qual a energia interna das partículas deste gás?

Dados: T = 127 ºC => 400 K

Solução

JE

E

kE

21

2323

23

10.28,8

400.10.38,1.

T

ExemploExemploExemploExemploA temperatura de 3 moles de um gás perfeito é aumentada de 27 ºC para 227 ºC. Qual o aumento da energia interna deste gás?

Dados: T0 = 27 ºC => 300 K T1 = 227 ºC => 500 K

n = 3 mol R = 8,31 J/mol.K

Solução

J7479

)300500.(31,8.3.

TR

23

23

E

E

nE

CalorCalorCalorCalorÉ a energia em trânsito entre corpos que apresentam entre si uma diferença de temperatura.

No momento em que as temperaturas se igualam, cessa a transferência de energia e os corpos atingiram o equilíbrio térmico.

MedidasMedidasMedidasMedidasUma quantidade de calor pode ser medida de duas formas: a do Sistema Internacional ou por uma unidade prática.

Medida Unidade

Sistema Internacional Joule [J]

sistema prático Caloria [cal]

J 186,4 cal 1

ExemploExemploExemploExemploUm gás recebe 500 cal em forma de calor. Quanto calor foi recebido em Joules?

Dados: Q = 500 cal

Solução

J20931

186,4.500

cal500

J186,4cal1

x

x

x

ConvençõesConvençõesConvençõesConvençõesUm sistema gasoso pode ceder ou receber calor

Caso o sistema

Receba Seu sinal será positivo

Ceda Seu sinal será negativo

Leis da Leis da TermodinâmicaTermodinâmica

Leis da Leis da TermodinâmicaTermodinâmica

O estudo da termodinâmica esta assentado em três leis:– Lei zero da Termodinâmica– Primeira Lei da Termodinâmica– Segunda Lei da Termodinâmica

Lei Zero da Lei Zero da TermodinâmicaTermodinâmica

Lei Zero da Lei Zero da TermodinâmicaTermodinâmica

• Trata do equilíbrio térmico entre os corpos• Anula as trocas de calor e energia quando os corpos

atingem a mesma temperatura.

Se dois corpos A e B estão em equilíbrio térmico com

um corpo C, então A e B estão em equilíbrio térmico entre si.

RepresentaçãoRepresentaçãoRepresentaçãoRepresentação

Sistema

A B

C

Primeira Lei da Primeira Lei da TermodinâmicaTermodinâmicaPrimeira Lei da Primeira Lei da TermodinâmicaTermodinâmica

Trata do balanceamento energético entre as quantidades de energia interna e externa trocadas durante uma transformação, permanecendo constante durante todo o processo. Daí decorrem:

A energia do Universo é constante

A energia não pode ser criada e nem destruída, tão somente transformada de um tipo em outro

DefiniçãoDefiniçãoDefiniçãoDefiniçãoToda vez que um sistema recebe uma quantidade de energia, parte dela será devolvida sob forma de um trabalho desenvolvido e outra parte o sistema assimilará para si.

RepresentaçãoRepresentaçãoRepresentaçãoRepresentaçãoPode-se observar

ConceitoConceitoConceitoConceito

EQ τOnde

é o trabalho trocado do gás com o meio

Q é a quantidade de calor trocada pelo gás com o meio

E é o variação da energia interna do gás

A quantidade de calor trocada com o meio corresponde à soma do trabalho realizado pelo gás com o aumento

de sua energia térmica

ExemploExemploExemploExemploUma amostra de gás recebe uma quantidade Q de calor, o que faz com que o gás se expanda e produza um trabalho de 1500 J e sua energia interna aumente em 3000 J. Quanto calor o gás recebeu?

Dados: Q = ? cal E = 3000 J e = 1500 J

Solução

J4500

J3000J1500

τ

Q

Q

EQ