Primeira e Segunda Leis da Termodinâmica

• Estudam mudanças no estado ou condição de uma substância quando alterações na energia interna são importantesimportantes.

• Tipos de resultados da termodinâmica:••• 1a lei relações entre calor e trabalho• 1a e 2a leis predições de efeitos de variações na• 1a e 2a leis predições de efeitos de variações na

pressão, temperatura e composição em um grande número de sistemas.número de sistemas.

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Primeira e Segunda Leis da Termodinâmica

• Fatos observados na experiência cotidiana:•• Corpos estão em equilíbrio entre si, quando

i l t “ t ”igualmente “quentes”.• Impossibilidade do movimento perpétuo.

I ibilid d d l• Impossibilidade de reverter um processo natural.

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• Sistemas Termodinâmicos•• Partes do universo onde concentramos o nosso

estudo.• Restante do universo: vizinhanças ou ambiente. •• Sistema isolado: não há transferência de energia ou

matéria através das fronteiras.•• Sistema fechado: não há transferência de matéria

pelas fronteiras, mas pode haver transferência de energiaenergia.

•Sistema aberto pode ha er transferência de matéria• Sistema aberto: pode haver transferência de matéria através das fronteiras. 3

• Sistema em contato com vizinhanças se alteração nas vizinhanças altera o sistema.

• Ex.: Contato mecânico: pressão das vizinhanças altera a pressão do sistema.

• Contato térmico: temperatura • Sistema adiabático: termicamente isolado

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• Variáveis Termodinâmicas•• Estado termodinâmico caracterizado por variáveis:• densidade, índice de refração, composição, pressão,

temperatura, etc. •• Extensivas: aditivas. Ex.: volume, massa, etc.•• Intensivas: Não são aditivas. Ex.: pressão,

temperatura, densidade, índice de refração, etc.••

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• Sistema em contato com vizinhanças se alteração nas vizinhanças altera o sistema.

• Ex.: Contato mecânico: pressão das vizinhanças altera a pressão do sistema.

• Contato térmico: temperatura • Sistema adiabático: termicamente isolado

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• Variável de estado qualquer das variáveis intensivas.

• Equação de estado relação entre as variáveis de estado.

• Estado de agregação do sistema, ou seja, gás, líquido ou sólido é chamado fase.

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•• Estado de equilíbrio quando: •• as variáveis não variam com o tempo• o sistema é uniforme ou composto de vários sub-

sistemas uniformes• os fluxos (de massa, calor e trabalho) são nulos• taxas líquidas de reação são nulas.•• Não confundir estado de equilíbrio com o estado

estacionário de um sistema continuo.

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•• Temperatura e Lei Zero da Termodinâmica•• Da experiência podemos ordenar subsistemas do

mais “quente” para o menos “quente”. • Podemos atribuir números aos subsistemas,

dependendo deles estarem mais ou menos quentes. • A esse número chamamos de temperatura. Dizemos

que subsistemas com temperaturas iguais estão em equilíbrio térmicoequilíbrio térmico.

•• Lei Zero: Dois corpos A e B cada um em equilíbrio• Lei Zero: Dois corpos A e B, cada um em equilíbrio

térmico com um terceiro corpo, estão em equilíbrio entre si.entre si.

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• Energia Interna•• Função (U) que depende do estado: temperatura, pressão

e composição (e em certos casos de o tras ariá eise composição (e em certos casos, de outras variáveis como a área superficial).

• O trabalho realizado pelo ambiente sobre o sistema emO trabalho realizado pelo ambiente sobre o sistema em um processo adiabático, sem variações nas energias cinética e potencial, é igual ao aumento de U.

•• Calor•• Postula-se que existe uma forma de transferir energia

entre dois corpos que depende de quanto os corposentre dois corpos que depende de quanto os corpos estão diferentemente quentes e chama-se calor (q).

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• Processos (mudanças de estado) Naturais e• Processos (mudanças de estado) Naturais e Reversíveis

•• Naturais ocorrem expontaneamente. • Ex : recipiente adiabático temperaturas de dois• Ex.: recipiente adiabático, temperaturas de dois

pedaços de metal ou a mistura de dois gases.• Nunca podem ser revertidos sem alteração doNunca podem ser revertidos sem alteração do

ambiente.•• Processos com alteração infinitesimal são

reversíveis.• Processos cíclicos ao fim de um ciclo restauram-se

as condições iniciais

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Tratamento Sistemático da 2a LeiTratamento Sistemático da 2a Lei•• Afirmação A: É impossível transferir calor de uma• Afirmação A: É impossível transferir calor de uma

fonte a uma temperatura uniforme e obter uma quantidade igual de trabalho, sem causar alteraçãoquantidade igual de trabalho, sem causar alteração no estado de outro sistema.

•• Exemplo: Transformar calor em trabalho com gás

ideal que se expande (sem atrito) em contato com a fonte. Mas o volume final será maior que o volume inicial.

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