19/09/13 Aprendendo Física em Casa: As Três Leis da Termodinâmica

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Leis da Termodinâmica

Aprendendo Física em Casa

segunda-feira, 13 de junho de 2011

As Três Leis da Termodinâmica

A têndencia natural é que o calor passe de um corpo mais quente para um

corpo mais frio. No entando, em uma geladeira ocorre o inverso: o calor vai de

uma fria ( interior) para uma região quente (esterior). Como se consegue isso?

É isso que vamos tentar explicar nessa postagem as Três leis da

termodinâmica e suas aplicações em alguns experimentos:

1° Lei da Termodinâmica:

A primeira lei da termodinâmica é a lei da conservação da energia. Nela

observamos a equilavência entre trabalho e calor. Esta lei enuncia que a energia

total transferida para um sistema é igual à variação da sua energia interna.

A expressão matemática que traduz esta lei para um sistema não-isolado é:

onde Q representa troca de calor, W a realização de trabalho (sendo respectivamente positivos quando o

sistema recebe calor ou nele é realizado trabalho, negativos do contrário) e R a emissão ou absorção de

radiação. Podemos simplificar dizendo que existe uma função U (energia interna) cuja variação durante uma

transformação depende unicamente de dois estados, o inicial e o final. Num sistema fechado a indicação

desta variação é dada como:

Onde Q e W são, respectivamente, o calor e o trabalho trocados entre o sistema e o meio. As quantidades W

e Q são expressas algebricamente, sendo positivas quando expressam energia recebida pelo sistema. A

quantidade R é nula pois, em sistema fechado, não se verificam absorções nem emissões de radiação.

A energia interna é definida como a soma das energias cinéticas e de interacção de seus constituintes. Este

princípio enuncia, então, a conservação de energia.

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2° Lei da Termodinâmica:

O estudo das máquinas térmicas chamou a atenção dos físicos

par uma série de transformações que nunca ocorrem, embora

não violem a Lei da Conservação da Energia.

Uma dessas transformações “proibidas” é a passagem

espontânea de calor de um corpo frio para um corpo quente. O

que observamos é sempre o inverso: a passagem de calor se dá,

espontaneamente do corpo quente para o corpo frio. Alguém

poderia argumentar que em um refrigerador ocorre passagem de

calor da região “fria” (interior do refrigerador) para uma região

“quente” (meio exterior). Porém essa passagem não é espontânea;

para que ela ocorra é necessário que um motor realize esse

trabalho.

Outra “proibição” observada foi a conversão integral de calor em trabalho (ou de calor em energia mecânica).

Ao se construírem as máquinas, percebeu-se que é sempre necessário haver duas fontes a temperaturas

diferentes, de modo que uma parte do calor retirado da fonte quente é enviado para a fonte fria. Não se

consegue transformar em trabalho todo calor retirado da fonte quente. O inverso é possível, isto é, a

transformação integral de trabalho em calor. Porém, a transformação integral de calor em trabalho não

acontece.

Essas “proibições” foram transformadas em lei: A Segunda Lei da Termodinâmica. Essa Lei deve ter várias

formulações, em que os físicos mostraram ser equivalentes.

O calor flui espontaneamente de um corpo quente para um corpo frio. O inverso só ocorre com a

realização de trabalho.

È impossível, para uma máquina térmica que opera em ciclos, converter integralmente calor em

trabalho.

• corpo quente, com temperatura TA.

• corpo frio, com temperatura TB < TA.

Se os dois corpos são colocados em contato entre si num sistema

isolado como em (b) da figura, a experiência mostra que o calor

passa do corpo quente para o corpo frio até que as temperaturas de

ambos se estabilizem num valor de equilíbrio TE, como em (c) da

figura.

Uma máquina térmica ideal (M) funcionaria como em (a) da Figura 02. Todo o calor Q1 de uma fonte quente

(exemplo: a combustão de uma substância) seria transformado em trabalho W. Assim, W = Q1 e haveria

eficiência η = 1 ou 100 %. Mas é claro que isso nunca ocorre.

Uma máquina real opera como em (b) da mesma figura. Há sempre uma parcela de calor Q2 que é trocada

com uma fonte fria (o próprio ambiente na maioria dos casos).

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Postado por flavianesb09 às 11:45

3° Lei da Termodinâmica:

Podemos dizer que existe uma função “U” (energia interna) cuja

variação durante uma transformação depende unicamente de dois

estados, o inicial, e o final. Num sistema fechado a indicação desta

variação é dada como : ΔU = Q - T onde Q é a quantidade de calor

recebido pelo sistema e W o trabalho realizado. As quantidades W e

Q são expressas algebricamente. A energia interna é definida como a

soma das energias cinéticas e de interação de seus constituintes. Este princípio enuncia, então, a

conservação de energia, conhecido no entanto como Primeira Lei da Termodinâmica.

O conceito de temperatura entra na termodinâmica como uma quantidade matemática precisa que relaciona

calor e entropia. A interação entre essas três quantidades é descrita pela terceira lei da termodinâmica,

segundo a qual é impossível reduzir qualquer sistema à temperatura do zero absoluto mediante um número

finito de operações. De acordo com esse princípio, também conhecido como teorema de Nernst, a entropia

de todos os corpos tende a zero quando a temperatura tende ao zero absoluto.

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Instituto Federal de Goiás - Campus Inhumas

Trabalho Realizado pelos alunos:

*Matheus Hermógenes Reis

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*Flaviane Barbosa

*Suelen Alves

*Tatyane Ferreira

*Ariadny Mendes

Professor: Lucas Nonato

Turma: 2º A

Técnico em Alimentos

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