Termodinâmica

Primeira Lei da Termodinâmica

Primeira Lei da Termodinâmica

  Termodinâmica investiga as mudanças nas p r o p r i e d a d e s d e u m s i s t e m a s e movimentando de um estado inicial para um estado final, a sua capacidade de realizar trabalho útil e também como o calor e o trabalho estão relacionados.

  1 Lei   2 Lei   3 Lei

Primeira Lei da Termodinâmica

  A primeira lei da termodinâmica trata do conceito da conservação de energia e pode ser expressa de vários modos:

  “A energia total do universo (ou de qualquer sistema isolado) é constante”

  “Energia não pode ser criada nem destruída apenas transformada de uma para outra”

Primeira Lei da Termodinâmica   A 1a lei estuda a transformação da energia

e as suas nas diversas formas através de processos físicos ou químicos:

  Queima de combustível em forno → calor   Queima de combustível em um motor→ Trabalho

mecânico   Reação química que impele elétrons através de um

circuito → Trabalho elétrico

  A primeira lei estuda as trocas da energia entre o sistema e o meio externo

  Tipos de sistema:   Aberto⇒troca de energia c/meio externo

  Fechado⇒troca de energia c/meio externo ⇒Fronteiras diatérmicas

  Isolado ⇒não troca de energia c/meio externo ⇒Fronteiras adiabáticas

Primeira Lei da Termodinâmica

Experimento de Joule

  A versão original do experimento, consta de dois pesos iguais que pendem simetricamente do eixo.

  O peso, que se move com velocidade praticamente constante, perde energia potencial. Como a água é agitada pelas paletas esta

é aquecida devido a fricção.

Experimento de Joule

No experimento de Joule é determinada a relação entre a unidade de energia (joule) e a unidade de calor (caloria).

Experimento de Joule

  Joule encontrou que a diminuição de energia potencial é proporcional ao aumento de temperatura da água. A constante de proporcionalidade (o calor específico de água) é igual a 4.186 J/(g ºC). Por tanto, 4.186 J de energia mecânica aumentam a temperatura de 1g de água em 1º C. Se define a caloria como 4.186 J sem referência a substância que está sendo aquecida: 1 cal=4.186 J

Trabalho e Calor

  As propriedades fundamentais da termodinâmica são: Calor e Trabalho

  Trabalho – ocorre devido ao deslocamento de um corpo contra uma força contraria ao movimento.

  Em termodinâmica Trabalho – é a energia trocada entre o sistema e o meio externo como consequência exclusiva de uma força que atua entre o sistema e o meio externo

Trabalho e Calor

  Em termos moleculares o trabalho é a transferência d e e n e r g i a q u e s e aproveita do movimento organizado dos átomos que se deslocam de forma organizada.

Trabalho e Calor

  Na expansão ou compressão de um gás ⇒ trabalho é equivalente a alteração da altura de um peso nas vizinhanças de um sistema contra a força da gravidade.

  Qdo há elevação de um peso ⇒sistema realiza trabalho de expansão.

  Qdo há abaixamento de um peso ⇒sistema sofre trabalho de compressão.

Trabalho O t r a b a l h o p a r a

deslocar um corpo da distancia dz, na direção de um força F que se opõe ao deslocamento dado por:

dw = F dz

Trabalho e Calor P = F / A → F = P A

dw = F dz → dw = Pop. (A dz) dw = Pop. dV → ∫ dw = ∫ Pop. dV W = ∫vi Pop. dV (Vi →Vf)

Trabalho e Calor

  Calor é a quantidade de energia trocada de um corpo para outro (meio externo e sistema) por efeito exclusivo de uma diferença de temperatura.

  Em têrmos moleculares é a transferência de energia devido ao movimento caótico das moléculas.

  Q+ (calor positivo) = Meio ⇒ Sistema   Q- (calor negativo) = Sistema ⇒ Meio

Trabalho e Calor

  A quantidade de calor recebida por um sistema simples, sob pressão constante, é proporcional ao acrescimo da temperatura.

  Q ∞ ( T2 –T1) ⇒ Q = C ( T2 –T1)

  C = capacidade calorífica ( natureza da subst., da massa, volume etc.)

  Cv=capacidade calorífica à volume constante   Cp=capacidade calorífica à pressão constante

Trabalho e Calor

  Q = C ( T2 –T1)

  dQv = CvdT ⇒ Cv = dQv / dT (V constante)

  dQp = CpdT ⇒ Cp = dQp / dT (P constante)

Qv= Cv ΔT

Qp= Cp ΔT

Trabalho e Calor

  Capacidade calorífica de uma grama ⇒ Calor específico ⇒ unidades: cal / g K

  Capacidade calorífica de um mol ⇒ Calor molar ⇒ unidades: cal / mol K

Gás ideal ⇒ Cp(molar) – Cv (molar) = R R = 1,987 cal/mol K = 8,314 joule / mol K

Energia Interna

  Energia interna- é a energia total de um sistema ou seja é a soma das energias cinética e potencial das moléculas que compõem o sistema ⇒ U= Ec + Ep

  A variação da energia interna qdo. um sistema passa do estado inicial U1, para o estado final U2 é simbolizada por:

ΔU = U2 –U1

Energia Interna

  A energia interna ΔU é uma função de estado

  Função de estado é uma função cujo valor só depende do estado em que está e não da forma como alcançou esse estado, ou seja só depende do estado inicial e final:

  E1 ( P1,T1 e V1) ⇒ E2 (P2,T2 e V2 )   Unidades ⇒ cal/mol ou joule /mol

Primeira Lei da Termodinâmica

  A energia interna pode ser alterada pelo trabalho produzido pelo sistema ou pelo calor recebido.Calor e trabalho são formas equivalen-tes de se alterar a energia interna do sistema.

 ⇒ Sempre que um sistema passa do estado E1 ⇒ E2, a diferença (Q-W) é independente

do processo e igual a variação da Energia Interna

⇒ ΔU = Q-W

Primeira Lei da Termodinâmica

  Trnasformação cíclica ⇒

  O trabalho produzido pelo sistema é a soma das quantidades de trabalho ⇒ W ci=∫ci dw

  O calor extraido das vizinhanças é a soma das quantidades de calor ⇒ Q ci = ∫ci dq

Primeira Lei da Termodinâmica

  1a Lei – “Se um sistema é sujeito a qualquer transformação cíclica, o trabalho produzido nas vizinhanças pelo sistema é igual ao calor extraido das vizinhanças para o sistema”.

  Transformação cíclica infinitesimal ⇒ ∫ci dw = ∫ci dq ⇒ ∫ci (dq – dw ) =0 como (dq – dw) = dU ⇒ ∫ci dU =0 ⇒ Energia Interna é função de estado

Entalpia

  Além da energia interna todo sistema possui uma energia elástica (PV) que pode ser o trabalho necessário para gerar uma expansão

  Gibbs (1875) associou as duas quantidades U e PV e introduziu uma nova função de estado denominada Entalpia

  Entalpia ⇒H = U + PV

Entalpia

  Entalpia é função de estado ⇒ Variação da Entalpia ΔH não depende da passagem de um estado para outro mas do estado final e inicial

  ΔH = H2- H1

  ΔH = ΔU + Δ (PV)

Entalpia X Energia Interna

  Transformações à volume constante ⇒   ΔU=Q–W ⇒ ΔU=Q–P(ΔV) ⇒ ΔU=Qv

  Transformações à pressão constante ⇒   ΔH = ΔU + Δ (PV) ⇒ΔH = ΔU + P(ΔV)   ΔH=Q –W +P(ΔV) ⇒ ΔH=Q-P(ΔV)+ P(ΔV) ⇒ ΔH = Qp