1a lei da termodinâmica

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Slides sobre a 1 lei da termodinmica.Termodinamica.

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  • A 1 Lei da TermodinmicaFsico-Qumica

  • Termodinmica O que significa?No incio, ocupou-se do estudo dos processos que permitiam converter calor em trabalho

  • Mquina a vapor de Thomas Newcomen Como aumentar a eficincia destas mquinas?

  • Termodinmica o ramo da Fsico Qumica que estuda: Os processos em que h transferncia de energia e/ou transformaes de energia em sistemas macroscpicos, em termos de variveis macroscpicas como:presso (P), volume (V), rea (S) ou comprimento (L), temperatura (T), campo magntico (B), magnetizao do material (M), tenso superficial ( ), etc (as variveis de interesse dependem do sistema que se est a estudar)As propriedades fsicas dos sistemas que so determinantes nos processos de transferncia de energia (condutividades e capacidades trmicas, coeficientes de expanso e compressibilidade, ...)

  • TermodinmicaFormalismo termodinmico pode ser aplicado aos mais diversos sistemas.

    gs, lquido ou slido num recipiente;

    corda esticada ou barra metlica;

    membrana esticada;

    circuito elctrico;

    man num campo magntico.

  • Exemplo: lquido num recipienteEnergia potencial gravtica,mghEnergia cintica de rotaodas psEnergia interna dasmolculas de gua

  • SistematermodinmicoUma certa poro de matria, que pretendemos estudar, suficientemente extensa para poder ser descrita por parmetros macroscpicos. Vizinhanado sistemaAquilo que exterior ao sistema e com o qual o sistema pode, eventualmente, trocar energia e/ou matria.FronteiraSuperfcie fechada, real (uma parede, uma membrana, etc) ou abstracta (imaginada por ns), que separa o sistema da sua vizinhana.Termodinmica vocabulrio

  • Sistema: gs num recipiente de parede mvelVizinhana: ar exterior ao recipienteExemplo: Gs contido num cilindro com uma parede mvelParede mvel (mbolo)Superfcie lateral do cilindroBase do cilindro++Fronteira: paredes dorecipiente

  • Sistema e vizinhanasSistema

    parte do universo a qual temos interesse particularVizinhanas

    parte do universo na qual fazemos nossas observaes.

  • Tipos de SistemasPodemos distinguir trs tipos de sistemas:Aberto

    um sistema que pode trocar energia e massa com as vizinhanas, podendo sofrer mudanas em sua composio.

  • Tipos de SistemasFechado

    um sistema que pode trocar energia mas no pode trocar massa com as vizinhanas.

  • Tipos de SistemasIsolado

    um sistema que no pode trocar energia nem massa com as vizinhanas.

  • Tipos de Sistemas

  • Variveis TermodinmicasGrandezas macroscpicas mensurveis e que servem para caracterizar o sistema. Temperatura (t), presso (P), volume (V), magnetizao de um man (M), rea superficial de um lquido (S), tenso numa corda (T), etc

  • Variveis TermodinmicasTemperaturaInterpretao microscpica

    Medida da energia cintica mdia dos tomos ou molculas que constituem o sistema.

    Exemplo:gases: energia cintica de translao; slidos: energia cintica de vibrao.

  • Variveis TermodinmicasTemperaturaDefinio operacional a grandeza que se mede com um termmetro.A temperatura lida no termometro ao fim de um certo tempo (tempo de relaxao), quando A e B atingirem o equilbrio trmico.

  • Variveis TermodinmicasTemperaturaDe uma maneira geral, objetos a temperaturas diferentes colocados em contato trmico trocam calor at atingirem a mesma temperatura. Diz-se ento que o sistema atingiu o equilbrio trmico.

  • Lei Zero da TermodinmicaDois sistemas (A e B) em equilbrio trmico com um terceiro sistema (C) esto tambm em equilbrio trmico um com o outro. Isto , verifica-se a propriedade transitiva da relao de equilbrio trmico.A temperatura a propriedade que comum a sistemas que se encontram em equilbrio trmico (mesma classe de equivalncia).

  • ExerciciosUm pedao de gelo e um termmetro que est acusando 25 oC so colocados em uma caixa com vcuo. Aps alguns minutos observa-se o decrscimo da temperatura no termmetro. Por que isso ocorre?

    2. Na parede de uma sala h um termmetro indicando 25C. Discuta qual pode ser a temperatura dos outros objetos da sala.

    3. Discuta a possibilidade de dois corpos estarem em equilbrio trmico sem que estejam em contato um com o outro.

  • Estado de Equilibrio TermodinmicoEstado termodinmico caracterizado por um valor uniforme (o mesmo por todo o sistema) e estacionrio (no varia com o tempo) das variveis termodinmicas.Equilbrio trmicoValor uniforme da temperatura(contacto trmico entre sub-sistemas)Equilbrio mecnicoValor uniforme da presso (nocaso de gases).Equilbrio qumicoValor uniforme das concentraesqumicas.

  • Processo TermodinmicoTransformao de um estado de equilbrio do sistema noutro estado de equilbrio, por variao das propriedades termodinmicas do sistema.Exemplo: Expanso/compresso de um gs ideal

  • Gs ideal: superfcie PvT Cada estado de equilbrio representado por um ponto na superfcie PvT e cada ponto na superfcie representa um estado de equilbrio possvel.

  • A Conservao de EnergiaEnergia: a capacidade de realizar trabalho.

    Trabalho : o movimento contra uma fora que a ele se ope.

    Exemplos: Quando um msculo se contrai e relaxa, a energia armazenada em suas fibras proteicas liberada como trabalho utilizado para caminhar, levantar um peso.

    A sntese de molculas biolgicas e a diviso celular so manifestaes de trabalho em nvel molecular.

  • Lei da Conservao de EnergiaA energia no pode ser criada nem destruda, mas simplesmente convertida de uma forma em outra e transportada de um lugar para o outro.

  • Calor e TrabalhoCalor a transferncia de energia devida a uma diferena de temperatura entre o sistema e as vizinhanas.

    Quando o sistema realiza trabalho dizemos que a energia transferida como trabalho.

    Quando o sistema aquece as vizinhanas (ou vice-versa) dizemos que a energia foi transferida como calor.

  • Calor (q) um modo de transferncia de energia e no forma de energia !O calor sempre escoa do sistema de maior temperatura para o sistema de menor temperatura (Lei Zero)

    Tomando o sistema como referncia temos que:Unidades de q:Joules (J); 1 J = Pa m3Quilojoule (KJ) Grandes quantidades de calor ou alguma outra forma de energia esto envolvidas.

    ProcessoSinal de qNome do ProcessoO sistema ganha calorPositivo (q> 0)EndotrmicoO sistema perde calorNegativo (q

  • Calor (q)O processo que libera calor para vizinhana chamado de exotrmicoCombusto de compostos orgnicosQuebra oxidativa dos nutrientes

  • Calor (q)O processo que absorve calor da vizinhana chamado de endotrmicoA + B + ENERGIA C +D

  • Calor (q)Calor - Modo de transferncia de energia resultante da diferena de temperatura entre dois sistemas (ou um sistema e a vizinhana):q > 0 calor que entra no sistema q < 0 calor que sai do sistema

  • Trabalho (w) uma transferncia de energia que pode causar um movimento contra uma fora que se ope a esse movimento.

    O trabalho feito durante a expanso um gs. O sistema exerce sobre o pisto uma fora maior que a fora oposta.w sistema < 0 O sistema se expande e realiza trabalho sobre as vizinhanas.

  • Trabalho (w)O trabalho feito durante a compresso de um gs:O sistema exerce sobre o pisto uma fora menor que a fora oposta.w sistema > 0 O sistema comprimido e as vizinhanas realizam trabalho sobre o sistema.

  • Trabalho (w)O trabalho pode ser feito sobre o sistema ou as vizinhanas de um sistema podem realizar trabalho sobre o sistema. Unidades de w:Joules (J); 1 J =1 Pa m3 Quilojoule (KJ) = 1 x 103 J

    Trabalho realizadoProcessoSinal de wAs vizinhanas realizam trabalho sobre o sistema CompressoPositivo (w> 0)O sistema realiza trabalho sobre as vizinhanasExpansoNegativo (w

  • Trabalho de Expanso (w)Expanso (ou compresso) de um gsQuando um gs sofre uma expanso h trabalho realizado.dV

  • Trabalho de Expanso (w)Expanso contra presso externa constanteNuma expanso contra presso externa constante temos:Numa expanso livre, contra o vcuo, presso exterior nula (pext = 0), logo W=0.Isto representa o trabalho mnimo de expanso de um sistema.

  • Trabalho de Expanso (w)Isto representa o trabalho mnimo de expanso de um sistema.E o trabalho mximo de expanso?O trabalho mximo de expanso obtido quando a presso externa apenas infinitesimalmente menor que a presso do gs no sistema.Estado de Equilbrio MecnicoSistema em eq. Mecnico realiza um trabalho mximo de expanso.

  • Trabalho de Expanso (w)O trabalho mximo de expanso obtido quando a presso externa apenas infinitesimalmente menor que a presso do gs no sistema.Sistema em Equilbrio MecnicoE se presso externa for infinitesimalmente maior que a presso do gs no sistema?

    Processo reversvel

  • Trabalho de Expanso (w)Podemos resumir essa discusso nos seguintes pontos:1. Um sistema realiza trabalho mximo de expanso quando a presso externa igual a presso do sistema (pext = psist)2. Um sistema realiza trabalho mximo de expanso quando est em equilbrio mecnico com as vizinhanas.3. O trabalho mximo de expanso realizado num processo reversvel.

  • Trabalho de Expanso (w)Trabalho mximo de expansoTrabalho de Expanso Isotrmica reversvel Um gs perfeito pode sofrer uma transformao reversvel. Esta uma sucesso de estados de equilbrio em que as propriedades do sistema no so alteradas significativamente. Considerando a expanso isotrmica de um gs perfeito temos:R = 8.314 J.K-1.mol-1

  • Trabalho de Expanso (w)Trabalho mximo de expansoTrabalho de Expanso Isotrmico reversvel Se Vf > Vi, ento Vf/Vi >1 e o logaritmo positivo portanto, w negativo. O trabalho realizado ser tanto maior , para uma variao de volume do gs, quanto mai