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Termodinâmica – 4
Alexandre Diehl
Departamento de Física - UFPel
TERMO 2
A primeira lei da termodinâmica
Consequências do experimento de Joule
As paredes do recipiente contendo água eram isolantes.
O trabalho realizado pelas pás sobre o sistema era do tipo adiabático.
TERMO 3
A primeira lei da termodinâmica
Consequências do experimento de Joule
As paredes do recipiente contendo água eram isolantes.
O trabalho realizado pelas pás sobre o sistema era do tipo adiabático.
São necessários 4.186 J de energia na forma de trabalho para elevar em 1 oC a temperatura de 1 grama de água.
Não importa a forma como este trabalho adiabático é feito, a mesma quantidade de trabalho é exigido para levar o sistema (água) entre os mesmos dois estados de equilíbrio.
TERMO 4
A primeira lei da termodinâmica
Consequências do experimento de Joule
1a Lei de Termodinâmica
Se um sistema é levado entre dois estados de equilíbrio inicial e final de forma adiabática, o trabalho feito é o mesmo para todos os caminhos (ou processos) adiabáticos ligando os estados final e inicial.
Se um sistema termicamente isolado é levado através de um processo entre dois estados de equilíbrio, o trabalho adiabático envolvido é independente do tipo de processo usado.
TERMO 5
A primeira lei da termodinâmica
Consequências do experimento de Joule
1a Lei de Termodinâmica
Existem paredes, ditas adiabáticas, com a propriedade de que o trabalho realizado ao levarmos um sistema encerrado por tais paredes entre dois estados é determinado completamente por estes estados, independentemente das condições externas.
Deve existir uma variável de estado, que chamamos de energia interna U, cuja variação depende apenas dos estados inicial e final.
TERMO 6
A primeira lei da termodinâmica
Consequências do experimento de Joule
1a Lei de Termodinâmica
Existem paredes, ditas adiabáticas, com a propriedade de que o trabalho realizado ao levarmos um sistema encerrado por tais paredes entre dois estados é determinado completamente por estes estados, independentemente das condições externas.
O trabalho, neste caso, é dito adiabático, sendo igual à diferença na energia interna dos dois estados.
TERMO 7
A primeira lei da termodinâmica
Consequências do experimento de Joule
1a Lei de Termodinâmica
O sinal de menos é uma convenção:
Realizado pelo
sistema
Exemplo: expansão de um gás
TERMO 8
A primeira lei da termodinâmica
Consequências do experimento de Joule
1a Lei de Termodinâmica
O sinal de menos é uma convenção:
Realizado sobre
sistema
Exemplo: compressão de um gás
TERMO 9
A primeira lei da termodinâmica
1a Lei de Termodinâmica
Se o sistema não é termicamente isolado, o trabalho realizado para levar o sistema entre dois estados de equilíbrio depende do processo envolvido.
Existe uma diferença entre o trabalho adiabático, necessário para levar o sistema entre dois estados de equilíbrio, e o trabalho não adiabático W exigido para produzir a mesma mudança, diferença essa que chamamos de calor Q:
Calor Q é a troca não mecânica de energia entre o sistema e suas vizinhanças, produzida pela existência de uma diferença de temperatura entre eles (calor sensível).
Consequências do experimento de Joule
TERMO 10
A primeira lei da termodinâmica
1a Lei de Termodinâmica
Se o sistema não é termicamente isolado, o trabalho realizado para levar o sistema entre dois estados de equilíbrio depende do processo envolvido.
Existe uma diferença entre o trabalho adiabático, necessário para levar o sistema entre dois estados de equilíbrio, e o trabalho não adiabático W exigido para produzir a mesma mudança, diferença essa que chamamos de calor Q:
Consequências do experimento de Joule
TERMO 11
A primeira lei da termodinâmica
1a Lei de Termodinâmica
Se o sistema não é termicamente isolado, o trabalho realizado para levar o sistema entre dois estados de equilíbrio depende do processo envolvido.
Existe uma diferença entre o trabalho adiabático, necessário para levar o sistema entre dois estados de equilíbrio, e o trabalho não adiabático W exigido para produzir a mesma mudança, diferença essa que chamamos de calor Q:
Consequências do experimento de Joule
TERMO 12
A primeira lei da termodinâmica
1a Lei de Termodinâmica
Consequências do experimento de Joule
Calor é absorvido pelo sistema
Calor é liberado pelo sistema
TERMO 13
A primeira lei da termodinâmica
Forma diferencial da 1a Lei de Termodinâmica
Diferencial exata
A integral entre dois pontos independe do caminho de integração.
Existe uma variável de estado chamada energia interna do sistema.
Diferencial não-exata
TERMO 14
A primeira lei da termodinâmica
Forma diferencial da 1a Lei de Termodinâmica
Sistemas hidrostáticos:
Fio esticado:
Pilha reversível:
TERMO 15
A primeira lei da termodinâmica
Capacidade térmica e calor específico
Capacidade térmica Unidades: J.K-1 ou cal.oC-1
Calor específico
Unidades: J.kg-1.K-1 ou cal.g-1.oC-1
Unidades: J.mol-1.K-1 ou cal.mol-1.oC-1
TERMO 16
A primeira lei da termodinâmica
Capacidade térmica e calor específico
Para sólidos e líquidos não precisamos nos preocupar com as condições experimentais em que o calor é liberado ou absorvido.
Para sólidos, o calor específico em altas temperaturas vale aproximadamente 25 J/mol.K, independentemente do tipo de sólido (lei de Dulong e Petit, 1819)
Para baixas temperaturas o calor específico tende para zero (3a lei da termodinâmica).
Nenhuma teoria clássica pode explicar este comportamento com a temperatura.
TERMO 17
A primeira lei da termodinâmica
Capacidade térmica e calor específico
O calor específico da água (1 cal/g.0C) tem pequena variação entre 0 e 100oC.
W. J. de Haas, 1950
TERMO 18
A primeira lei da termodinâmica
Capacidade térmica e calor específico
https://arxiv.org/pdf/1111.5587.pdf
TERMO 19
A primeira lei da termodinâmica
Capacidade térmica e calor específico
Para gases precisamos nos preocupar com as condições experimentais em que o calor é liberado ou absorvido.
Processos a volume constante
Processos a pressão constante
TERMO 20
A primeira lei da termodinâmica
Capacidade térmica e calor específico
Para gases precisamos nos preocupar com as condições experimentais em que o calor é liberado ou absorvido.
TERMO 21
A primeira lei da termodinâmica
Capacidade térmica e calor específico
Se após um processo quase-estático infinitesimal teremos
Assim
TERMO 22
A primeira lei da termodinâmica
Capacidade térmica e calor específico
Dividindo por
TERMO 23
A primeira lei da termodinâmica
Capacidade térmica e calor específico
Se é constante,
Ou seja,
TERMO 24
A primeira lei da termodinâmica
Capacidade térmica e calor específico
Se é constante,
como e
TERMO 25
A primeira lei da termodinâmica
Capacidade térmica e calor específico
Se é constante,
ou
TERMO 26
A primeira lei da termodinâmica
Capacidade térmica e calor específico
Se após um processo quase-estático infinitesimal teremos
Assim
TERMO 27
A primeira lei da termodinâmica
Capacidade térmica e calor específico
Agora, se
Assim
TERMO 28
A primeira lei da termodinâmica
Capacidade térmica e calor específico
Dividindo por
Se é constante
TERMO 29
A primeira lei da termodinâmica
Capacidade térmica e calor específico
Se é constante
Como e
ou
TERMO 30
A primeira lei da termodinâmica
Capacidade térmica e calor específico
Se é constante
Como e
TERMO 31
A primeira lei da termodinâmica
Capacidade térmica e calor específico
Se é constante
mas
TERMO 32
A primeira lei da termodinâmica
Capacidade térmica e calor específico
Se é constante
mas