Termodinâmica

TERMODINMICA2015Professor Marco Antonio

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TermodinmicaTermodinmica o estudo das transformaes entre calor e trabalho.I- Conceitos-chave:- Calor: energia trmica em trnsito de um corpo para outro em razo da diferena de temperatura entre eles.- Trabalho: energia em trnsito entre dois corpos devido ao de uma fora.- Sistema: toda regio do espao que objeto de estudo. Do ponto de vista das trocas de calor, um sistema pode ser:Isolado: no troca energia nem matria com o meio externo. Ex: Garrafa trmica.Fechado: troca energia, mas no matria com o meio externo. Ex: latinha de refrigerante.Aberto: troca energia e /ou matria com o meio externo. Ex: a mesma latinha de refrigerante, agora aberta.Termicamente isolado (adiabtico): no troca calor com a vizinhana. As paredes de um recipiente termicamente isolado so chamadas de adiabticas. Ex: paredes de uma garrafa trmica.

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TermodinmicaII- Energia interna: a soma das energias cinticas mdias de todas as molculas de um gs perfeito e funo exclusiva de sua temperatura.Onde: U a variao da energia interna associada transformaon o nmero de mols de partculas do gs. Fazendo m = massa de gs e M = massa molecular, temos que n dado pela expresso:R a constante universal dos gases ideais: R = 0,082 atm.L/mol.KT a temperatura absoluta (K)

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Termodinmica

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TermodinmicaQuando um sistema (gs) recebe uma determinada quantidade de calor (Q), sofre um aumento de sua energia interna (U) e, consequentemente, um aumento de temperatura (T):

Se T > 0 U > 0: a energia interna aumenta.Se T < 0 U < 0: a energia interna diminui.Se T = 0 U = 0: a energia interna no varia.II- Energia interna:

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TermodinmicaIII- Trabalho de um sistema:

Observe que, num diagrama presso x volume, o trabalho realizado pela fora que o gs exerce sobre o mbolo numericamente igual rea sob a curva:

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TermodinmicaIII- Trabalho de um sistema:Se V > 0 > 0: o gs realiza trabalho sobre o meio (expanso gasosa)

Se V < 0 < 0: o meio realiza trabalho sobre o gs (compresso gasosa)

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TermodinmicaSe V = 0 = 0: o sistema no troca trabalho (transformao isomtrica = o volume no se altera)

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TermodinmicaAplicao:1- O diagrama mostra a transformao de uma massa gasosa do estado X para o estado Y.

Determine o mdulo do trabalho realizado sobre o gs.2- So feitas trs afirmaes sobre os conceitos de termodinmica. Assinale V (verdadeiro) ou F (falso):I- ( ) Temperatura uma medida do calor que um corpo possui.II- ( ) Sempre que um corpo recebe calor ele tem sua temperatura aumentada.III- ( ) Trabalho e calor so dois processos capazes de variar a energia interna de um corpo.

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TermodinmicaAplicao:3- Em um processo presso constante de 2,0.105 N/m, um gs aumenta seu volume de 8.10-6 m para 13.10-6 m. Calcule o trabalho realizado pelo gs.

4- Um gs sofre uma transformao isobrica sob presso de 1000 N/m. Determine o trabalho realizado sobre o gs, quando o volume passa de 8000 cm para 3000 cm.5- Numa expanso isobrica, um gs ideal realiza trabalho mecnico de 1.104 J. Sabendo que a presso de 2.105 N/m e o volume inicial do gs 6 m, determine o volume final do gs aps essa expanso.6- Uma massa gasosa realiza transformao de A para B indicada pela figura. Calcule o trabalho realizado pelo gs.

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TermodinmicaAplicao:

7. Certa amostra de gs ideal monoatmico sofre o processo termodinmico AB indicado no diagrama a seguir.

Considere a temperatura desse gs no estado A igual a 327 C. Determine:a) a temperatura do gs no estado B, em C;b) o trabalho realizado pelo gs na expanso do estado A para o estado B, em joules.

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TermodinmicaAplicao:8- Um gs ideal sofre transformaes conforme indicam os grficos a seguir. Determine o trabalho realizado em cada um dos casos:a)

b)

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9. A temperatura de oito mols de molculas de um gs ideal varia de 100 C para 200 C sob presso constante. Sendo a constante universal dos gases ideais R = 8,31 J/(mol.K), determine, em joules, o trabalho realizado pelo gs no processo e caracterize se ele realizado pelo gs ou sobre o gs.

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10. O diagrama representa uma transformao termodinmica sofrida por uma dada amostra de gs ideal. A temperatura inicial do gs de 100 K. Determine:a) a temperatura do gs no estado B, em C;b) o trabalho realizado pelo gs na expanso do estado A para o estado B, em joules.

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TermodinmicaAplicao:ER3. Certa massa gasosa de gs perfeito sofre uma expanso, indo do estado 1 para o estado 2, como mostra o diagrama. No estado 1, a temperatura de 200 K.

a) Determine a temperatura no estado 2.b) Calcule o trabalho realizado no processo

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TermodinmicaAplicao:ER1. Determine a variao de energia interna sofrida por 10 mol de um gs considerado ideal, sabendo-se que sua temperatura passou de 27 C para 127 C. Dado: R = 8,31 J/mol.K.

ER2. Em um recipiente encontram-se 140 g de gs de massa molar M = 28 g/mol, inicialmente no estado A, conforme mostra o diagrama. Ocorre um processo de compresso isobrica, com o gs passando para o estado B, no qual a temperatura de 300 K. Dado: R = 8,3 J/mol.K.

Determine:a) o nmero de mol de gs contido no recipiente;b) a presso em que ocorre o processo;c) a temperatura inicial do gs no estado A;d) o trabalho realizado na transformao

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1 Lei da Termodinmica

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1 Lei da TermodinmicaChamamos deprimeira lei datermodinmicaoprincpio da conservao de energia aplicado Termodinmica.Quando fornecemos a um sistema certa quantidade de energia Q, esta energia pode ser usada de duas maneiras:

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1 Lei da TermodinmicaDefinio:Assim temos enunciada a primeira lei da termodinmica: a variao de energia interna U de um sistema igual diferena entre o calor Q trocado com o meio externo e o trabalho por ele realizado durante uma transformao.

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1 Lei da TermodinmicaAplicao1- Ao receber uma quantidade de calor Q=50J, um gs realiza um trabalho igual a 12J, sabendo que a Energia interna do sistema antes de receber calor era U=100J, qual ser esta energia aps o recebimento?ER4- Certa massa de gs perfeito recebeu 300 J de energia do meio exterior e realizou um trabalho de 500 J. Nessas condies, responda:a) qual foi a variao de energia interna sofrida pelo gs?b) a temperatura do sistema aumentou ou diminuiu nesse processo? Justifique.

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1 Lei da TermodinmicaTransformao Isotrmica:Como no h variao de temperatura (U = 0), a quantidade de calor trocada pelo sistema com o exterior converte-se integralmente em trabalho:

ER6. Certa massa gasosa contida em um sistema sofreu uma compresso isotrmica ao ceder 500 J de calor para o ambiente. Qual foi o trabalho realizado?Aplicao:Q =

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1 Lei da TermodinmicaAplicao:ER7. Uma massa de gs ideal sofre a transformao isotrmica AB como indica o diagrama. Sabe-se que a rea A marcada no diagrama vale, numericamente, 2.000. Calcule:

volume VB;a variao da energia interna do gs;a quantidade de calor trocada pelo gs.

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1 Lei da TermodinmicaTransformao Isomtrica:O sistema no realiza nem recebe trabalho e, portanto, a variao da energia interna do sistema igual quantidade de calor trocada por ele com o meio externo:U = Q

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1 Lei da TermodinmicaAplicao:ER8. Em uma transformao a volume constante, 200 g de gs ideal sofrem uma variao de temperatura de 200 K para 600 K. Considerando o calor especfico do gs a volume constante cv = 1,25 cal/g.K e 1 cal = 4,2 J, determine:a quantidade de calor trocada pelo gs na transformao;o trabalho realizado no processo;a variao da energia interna sofrida pelo gs.

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1 Lei da TermodinmicaTransformao Isobrica:

O trabalho pode ser calculado usando-se a expresso: onde que p = p1 = p2.

Na expanso, aumentam o volume (V>0) e a temperatura (T>0); podemos concluir que o calor (Q) trocado pelo sistema deve ser maior que o trabalho efetuado ().

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1 Lei da TermodinmicaTransformao Isobrica:

O trabalho pode ser calculado usando-se a expresso: onde que p = p1 = p2.Na compresso isobrica, diminuem o volume (V

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