PROF.RICARDO DANIEL SRIE: 2ANO MDIO ALUNO: TERMODINMICA

APOSTILA DE FSICA-TERMODINMICA VELOCIADDE MDIA POR MOLCULA

sistema

A Termodinmica estuda as relaes entre as quantidades de calor trocadas e os trabalhos realizados num processo fsico envolvendo um corpo ou um

v=

3R.T M

de corpos e o resto do universo, que denominamos meio exterior.Por exemplo, um gs contido num cilindro provido de um mbolo ,ao ser aquecido, age com uma fora sobre o mbolo, deslocando-o. Assim, o sistema (gs) recebe calor do meio exterior e a fora aplicada pelo sistema, realiza um trabalho sobre o meio exterior.

A energia interna de uma dada quantidade de um gs perfeito funo exclusiva de sua temperatura !

1 LEI DA TERMODINMICA

Do calor (Q) fornecido ou retirado de um sistema, uma parte usada para efetuar trabalho ( ) e o restante, para variar a sua energia interna (U). Isto expressa a conservao de energia !

Trabalho Externo:Quando o sistema como um todo produz um deslocamento ao agir com uma fora sobre o meio exterior, o trabalho realizado denominado externo.O gs, ao ser expandir desloca o mbolo, e realiza um trabalho externo sobre o meio que o envolve. Trabalho Interno:O trabalho executado por uma parte do sistema sobre outra do mesmo sistema chamado de trabalho interno.Assim, as foras de interao entre as molculas do gs realizam um trabalho interno.TRABALHO NUMA TRANSFORMAO GASOSA

TIPOS DE TRABALHO

TRANSFORMAES GASOSAS TRANSFORMAO ISOTRMICA

Temperatura Constante Como a temperatura no varia, a variao de energia interna do gs nula.Assim:

T = 0 U = 0 Q =

Quando um gs sofre uma variao de volume V, durante uma transformao presso constante p, ocorre um trabalho dado por:

Numa transformao isotrmica, o calor trocado pelo gs com o meio exterior igual ao trabalho realizado no mesmo processo No processo isotrmico, no h variao de temperatura, mas h troca de calor!TRANSFORMAO ISOBRICA

Presso Constante Numa expanso isobrica, a quantidade de calor recebida maior que o trabalho realizado. Q >

U > 0

TRANSFORMAO ISOCRICA (ISOMTRICA)

No h variao de volume (volume constante)OBSERVAO

Trabalho realizado nulo:

A rea A do grfico p x V fornece, numericamente, o mdulo do trabalho. A energia total de um sistema composta de duas parcelas:a energia externa e a energia interna A Energia Externa do sistema devida s relaes que ele guarda com seu meio exterior (a energia cintica e a energia potencial). A energia Interna do sistema relaciona-se com suas condies intrnsecas. Num gs, corresponde s parcelas da energia trmica, que se associa ao movimento de agitao trmica das molculas, a energia potencial est associada s foras internas conservativas. 3 U = n R . . T 2 Onde:ENERGIA INTERNA

U = 0 =Q

Numa transformao isocrica,a variao da energia interna do gs igual quantidade de calor trocada com meio exterior.TRANSFORMAO ADIABTICA

No h troca de calor com o meio exterior

Essa transformao pode ocorrer quando o gs est contido no interior de um recipiente termicamente isolado do ambiente ou sofrer expanses e compresses suficientemente rpidas para que as trocas de calor com o ambiente possam ser consideradas desprezveis: Q = 0 Numa transformao adiabtica, a variao de energia interna igual em mdulo e de sinal contrrio ao trabalho realizado na transformao. Na expanso adiabtica o trabalho realizado pelo gs (sistema realiza trabalho sobre o meio). Assim, o volume aumenta e a temperatura diminui, pois a

n : n de mols da molcula

R : constante dos gases perfeitos T : variao de temperaturae= 3 kT 2

ENERGIA CINTICA MDIA POR MOLCULA

energia interna diminui. presso tambm diminui. Exemplo: Lata de spray

Em

conseqncia,a

a relao entre a energia til ( total (QQ).

) e a energia

Na compresso adiabtica o trabalho realizado sobre o gs (meio realiza trabalho sobre o sistema). Assim,o volume diminui e a temperatura aumenta, pois a energia interna aumenta e a presso tambm aumenta. Exemplo: Bomba de bicicleta Grfico P x V na Transformao Adiabtica

VOC SABIA? MOTORES DE COMBUSTO INTERNA

TRANSFORMAO CCLICA

Em 1867, Nikolaus August Otto, um engenheiro Alemo, desenvolveu o ciclo "Otto" de quatro tempos, que largamente utilizado em transportes at nos dias de hoje. O motor a diesel surgiu em 1892 com outro engenheiro alemo, Rudolph Diesel. O motor a diesel projetado para ser mais pesado e mais potente do que os motores a gasolina e utiliza leo como combustvel. Eles so usados em mquinas pesadas,locomotivas,navios e em alguns automveis.MQUINAS FRIGORFICAS so dispositivos que,

aquela em que, aps sucessivas transformaes gasosas, o gs volta ao estado inicial. Considerando todo o ciclo 1,2,3 e 4, o trabalho total realizado dado pela soma algbrica dos trabalhos nas diferentes etapas do ciclo.

= 1 + 2CICLO reaOBSERVAO

durante seu funcionamento, efetuam a transformao de trabalho em calor. Exemplos Os refrigeradores so mquinas que, ao funcionarem, transformam calor de um sistema em menor temperatura (congelador) para o meio exterior, que se encontra a uma temperatura mais alta !OBSERVAO

O calor traado em todo ciclo tambm dado pela soma algbrica dos calores trocados em cada uma das etapas do ciclo. Q = Q +Q +... +Qtotal 12 23 41

Numa mquina frigorfica, (Q F

calor retirada da fonte fria, ( ) o trabalho externo e

) a quantidade de

(Q ) a quantidade de calor total rejeitada para aQ

Q = mostra que todo o calor trocado pelo gs numa transformao cclica usado efetuar trabalho!SEGUNDA LEI DA TERMODINMICA

fonte quente. Representao esquemtica da Mquina Frigorfica eficincia:

e=

Q2

Toda mquina trmica, realizando ciclos, opera entre duas fontes trmicas.Uma quente e a outra fria, sendo que o calor flui espontaneamente da fonte quente para a fonte fria.OBSERVAO

Lorde Kelvin e Max Planck enunciaram a segunda lei da termodinmica da seguinte maneira: impossvel construir uma mquina trmica, operando em ciclos,cujo nico efeito seja retirar calor de uma fonte e convert-lo integralmente em trabalho!

CICLO DE CARNOT SADI CARNOT, Nicolas Leonard(1796-1832),

filho

pioneiro do estudo da Termodinmica, era

Representao esquemtica da Mquina Trmica Mquinas Trmicas so dispositivos que convertem calor em trabalho!

de Lazare Carnot ministro de Napoleo, sua principal obra (1824) s foi apresentada Academia de Cincias aps sua morte prematura aos 36 anos.Carnot idealizou um ciclo que proporcionaria rendimento mximo a uma mquina trmica! O ciclo de Carnot consta de quatro transformaes gasosas (duas transformaes adiabticas alternadas com duas transformaes isotrmicas), todas elas reversveis, sendo o ciclo tambm reversvel. Na mquina de Carnot, vlida a relao:

Exemplos de mquinas trmicas

Assim,o rendimento mximo fica sendo:

RENDIMENTO DA MQUINA TRMICA OBSERVAO

O rendimento de 100% impossvel de se obter, mesmo numa mquina de Carnot, pois todo o calor proveniente da fonte quente deveria ser convertido em trabalho, o que contraria a segunda lei da termodinmica.Em outras palavras, para se obter =1,a temperatura da fonte fria deveria ser de 0 K. Conclui-se da que o zero absoluto impossvel de ser atingido! Apesar de o zero absoluto ser irrealizvel, pesquisas recentes j permitiram atingir temperaturas incrivelmente baixas, como a obtida no laboratrio da Universidade de Tecnologia de Helsinque, em 1993 o valor de 2,8.10-10 K para o criognio.TESTES DE VESTIBULARES VO SABIA?

1 1O rendimento da mquina trmica de 40% 2 2 A transformao AB uma expanso adiabtica e o vapor operante se aquece 3 3 A transformao BC uma compresso isobrica e o vapor operante perde calor 4 4 Em cada ciclo, o vapor operante recebe 2400J de calor e sua energia interna no se altera 7.(UFAL-2006) Um gs ideal sofre uma transformao conforme o diagrama.Calcule o trabalho recebido pelo gs ao ir de A para B.

P ( pa ) B

a) -120J b) -200J c) -250J d) -180J e) nda

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