ap termodinamica

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  • 1. Marcos Germano Degenhardt

2. Introduo Quando um mvel se desloca sobre uma superfcie com atrito, h necessidade de um constante fornecimento de energia para manter o movimento. F F F F F F F F F F F Durante todo o movimento a velocidade permaneceu constante, logo, o trabalho realizado pela fora F no aumentou a energia do mvel, sendo ento, dissipada. 3. Introduo O que aconteceu com a energia recebida pela realizao do trabalho? Transformou-se em energia trmica e com isso aqueceu o corpo. Desta forma: 4. Conceito Termodinmica a parte da fsica que estuda as relaes recprocas entre um trabalho realizado e a corresponde variao da energia trmica do sistema. F F F F F F F F F 5. Conceitos bsicos H a necessidade de se compreender alguns dos termos que sero utilizados: Sistema e Fronteira Estado Termodinmico Trabalho Energia Calor 6. Sistema e Fronteira A regio isolada do espao, cujas caractersticas devem ser estudas, sem qualquer influncia externa o que se chama de J a superfcie que separa o meio externo, quer seja real, quer imaginria, denomina-se de 7. Exemplo Meio Externo Sistema Fronteira A figura a seguir ilustra um sistema: 8. Classificao dos Sistemas Os sistemas so classificados em: Sistemas Abertos Sistemas Fechados Sistemas Isolados 9. Sistema Aberto o sistema que permite que atravs de sua fronteira hajam trocas com o meio externo de matria e energia Meio Externo Sistema Fronteira 10. Sistema Fechado Neste caso, o sistema troca apenas energia com o meio externo, a massa no trocada. Meio Externo Sistema Fronteira 11. Sistema Isolado Neste sistema no h trocas, nem de energia, nem de massa, com o meio externo. Meio Externo Sistema Fronteira 12. Estado Termodinmico Corresponde s condies que caracterizam um sistema, em termos de: presso volume temperatura densidade 13. Transformaes Se uma das caractersticas de um sistema sofre uma variao, ento diz-se que houve uma transformao Chama-se de processo termodinmico, ao modo pelo qual ocorreu a variao de uma das caractersticas de um estado. Estado Inicial Estado Final pi Vi Ti pf Vf Tf Processo Termodinmico 14. Trabalho Na termodinmica, trabalha-se com gases, logo, so estes quem realizam trabalho. Calcula-se o trabalho que um gs realiza por: Vp. Onde: o trabalho realizado/recebido p a presso em que o gs se encontra V o aumento/reduo do volume do gs 15. Unidades de Medida Grandeza Smbolo Medida Trabalho Joule (J) Presso p Pascal (Pa) Volume V metros cbicos (m3) Caso as unidades no estejam coerentes, elas devem ser transformadas para as unidades acima. 16. Grfico do Trabalho Ao se trabalhar com gases, representa-se em grficos a forma de como a presso e o volume interagem: p0 V0 V1 V(m 3 ) p(Pa) 17. Caracterstica do grfico p x V No grfico presso versus volume (p x V) o trabalho pode ser obtido pela rea do mesmo, sob a linha que representa a transformao. p0 V0 V1 V(m 3 ) p(Pa) rea n 18. Convenes Durante uma transformao o gs, seu volume pode aumentar ou diminuir, caracterizando o trabalho. Caso o volume Aumente O Trabalho ser positivo e realizado pelo gs Diminua O Trabalho ser negativo e recebido pelo gs 19. Trabalho realizado Ocorre quando o volume do gs aumenta Recebe sinal positivo p0 V0 V1 V(m 3 ) p(Pa) p1 rea n 20. Trabalho recebido Ocorre quando o volume do gs diminui Recebe sinal negativo p(Pa) p0 V0 V1 V(m 3 ) p1 rea n 21. Exemplo O gs contido no recipiente ao lado sofre uma transformao, sob presso de 200 Pa, aumentando seu Volume de 1 m3 para 5 m3. Qual o trabalho realizado na transformao? Dados: p = 200 Pa V0 = 1 m3 V = 5 m3 Soluo J800 1)-200(5 )( . 0VVp Vp 22. Energia Esta associada ao movimento das partculas do gs: Quanto maior a temperatura absoluta, maior a velocidade e maior a energia das molculas; Quanto menor a temperatura absoluta, menor a velocidade e menor a energia das molculas. A energia uma funo exclusiva da temperatura absoluta das molculas do gs 23. Clculo da Energia Calcula-se a energia de um sistema por: T2 3 kE Onde E a energia medida em Joules k a constante de Boltzmann T a temperatura absoluta, medida em Kelvin K J23 10.38,1k 24. Clculo da Energia Para se determinar o aumento da energia de um sistema, utiliza-se: TR2 3 nE Onde E a energia medida em Joules n o nmero mols do gs R a constante universal dos gases perfeitos T a temperatura absoluta, medida em Kelvin mol.K J 31,8R 25. Convenes Durante uma transformao o gs, sua temperatura pode aumentar ou diminuir, caracterizando a variao da energia. Caso a termperatura Aumente A variao da energia ser positiva Diminua A variao da energia ser negativa 26. Exemplo Uma amostra gasosa encontra-se a temperatura de 127 C. Qual a energia interna das partculas deste gs? Dados: T = 127 C => 400 K Soluo JE E kE 21 23 2 3 2 3 10.28,8 400.10.38,1. T 27. Exemplo A temperatura de 3 moles de um gs perfeito aumentada de 27 C para 227 C. Qual o aumento da energia interna deste gs? Dados: T0 = 27 C => 300 K T1 = 227 C => 500 K n = 3 mol R = 8,31 J/mol.K Soluo J7479 )300500.(31,8.3. TR 2 3 2 3 E E nE 28. Calor a energia em trnsito entre corpos que apresentam entre si uma diferena de temperatura. No momento em que as temperaturas se igualam, cessa a transferncia de energia e os corpos atingiram o equilbrio trmico. 29. Medidas Uma quantidade de calor pode ser medida de duas formas: a do Sistema Internacional ou por uma unidade prtica. Medida Unidade Sistema Internacional Joule [J] sistema prtico Caloria [cal] J186,4cal1 30. Exemplo Um gs recebe 500 cal em forma de calor. Quanto calor foi recebido em Joules? Dados: Q = 500 cal Soluo J2093 1 186,4.500 cal500 J186,4cal1 x x x 31. Convenes Um sistema gasoso pode ceder ou receber calor Caso o sistema Receba Seu sinal ser positivo Ceda Seu sinal ser negativo 32. Leis da Termodinmica O estudo da termodinmica esta assentado em trs leis: Lei zero da Termodinmica Primeira Lei da Termodinmica Segunda Lei da Termodinmica 33. Lei Zero da Termodinmica Trata do equilbrio trmico entre os corpos Anula as trocas de calor e energia quando os corpos atingem a mesma temperatura. Se dois corpos A e B esto em equilbrio trmico com um corpo C, ento A e B esto em equilbrio trmico entre si. 34. Representao Sistema A B C 35. Primeira Lei da Termodinmica Trata do balanceamento energtico entre as quantidades de energia interna e externa trocadas durante uma transformao, permanecendo constante durante todo o processo. Da decorrem: A energia do Universo constante A energia no pode ser criada e nem destruda, to somente transformada de um tipo em outro 36. Definio Toda vez que um sistema recebe uma quantidade de energia, parte dela ser devolvida sob forma de um trabalho desenvolvido e outra parte o sistema assimilar para si. 37. Representao Pode-se observar 38. Conceito EQ Onde o trabalho trocado do gs com o meio Q a quantidade de calor trocada pelo gs com o meio E o variao da energia interna do gs A quantidade de calor trocada com o meio corresponde soma do trabalho realizado pelo gs com o aumento de sua energia trmica 39. Exemplo Uma amostra de gs recebe uma quantidade Q de calor, o que faz com que o gs se expanda e produza um trabalho de 1500 J e sua energia interna aumente em 3000 J. Quanto calor o gs recebeu? Dados: Q = ? cal E = 3000 J e = 1500 J Soluo J4500 J3000J1500 Q Q EQ