Download - Teorema de Nernst - terceira lei da termodinâmica

TERCEIRA LEI DA TERMODINÂMICA

TEOREMA DE NERNST

APRESENTAÇÃO

Discentes:o Jason Levy Reis;o Mateus Barbosa;o Perácio Contreiraso Victor Said;o Victória Cabral.

Docente: Thalisson Andrade;

Disciplina: Física III;

Tema: Terceira lei da Termodinâmica;

Turma: 5832 – Unidade II;

Curso: Automação Industrial.

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia da Bahia

Departamento Acadêmico de Automação e Sistemas

Coordenação de Automação Industrial

Salvador

2014

2

OBJETIVO

A terceira Lei da termodinâmica foi formulada em 1905 por WaltherNernst, e através dela foi possível compatibilizar a ideia de ZeroAbsoluto, com a concepção da Mecânica Quântica, de que nãoexiste repouso absoluto, devido a alguma agitação residual.

3

INTRODUÇÃO

Esse trabalho tem como objetivo fazer uma abordagem sobre aterceira terceira Lei, apresentando seus criadores, suas aplicações econsequências. A fim de possibilitar essa abordagem a principalmetodologia emprega foi a revisão de literatura, que se fundamentouutilizando artigos científicos, websites e banco de dados virtuais.

FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICAPrimeira e segunda lei da termodinâmica: o conceito de Entropia

4

RESUMO: 1ª E 2ª LEI DA TERMODINÂMICA

Primeira Lei

• Conservação de Energia;

• Calor e Trabalho;

• Não explica condições necessárias para a reação.

5

Segunda Lei

• Funcionamento de Máquinas

Térmicas;

• Calor não pode ser convertido

integralmente em trabalho.

• Fluxo de corpo mais frio para

corpo mais quente pode ocorrer

desde que haja trabalho.

ESPONTANEIDADE

• Mudança Espontânea ocorre sem a necessidade de ser induzida.

• Mudança Induzida ou Forçada.

• Não é necessariamente rápida.

• Na mudança espontânea a energia e matéria tendem a se tornardesordenadas.

6

• A desordem é Medida pela Entropia.

• Segunda Lei da Termodinâmica.

• A variação da Entropia é dada pela seguinte equação:

ENTROPIA NA 2ª E 3ª LEI DA TERMODINÂMICA

7

Onde:

• ∆𝑆 = Variação da Entropia (J/K);

• 𝑞𝑟𝑒𝑣 = Energia Transferida (J);

• 𝑇 = Temperatura (k).

“A entropia de um sistema isolado aumenta no

decorrer de uma mudança espontânea”∆𝑆 =

𝑞𝑟𝑒𝑣𝑇

EXEMPLO

Um frasco grande de água foi colocado em contato com umaquecedor, e 100j de energia foram transferidos reversivelmente àágua a 25°C. A variação da entropia da água é:

8

∆𝑆 =𝑞𝑟𝑒𝑣

𝑇→ ∆𝑆 =

100 𝐽

273,15+25 𝐾→ ∆𝑆 =

100 𝐽

298𝐾→

∆𝑆 = +0,336𝐽

𝐾→ ∆𝑆 = +0,336𝐽. 𝐾−1

ENTROPIA

• Transferência de Energia GeraDesordem no Sistema.

• A desordem é maior quando atemperatura é baixa.

• A Entropia é uma função deEstado.

• A temperatura gera influência.

9

• A 2ª Lei fala sobre a origem das

mudanças químicas, entropia e

energia livre.

• A 3ª Lei surge para estabelecer

uma escala, um ponto de

referencia absoluto.

A TERCEIRA LEI DA TERMODINÂMICA TEOREMA DE NERNST

10

A 3ª LEI DA TERMODINÂMICA

• Em 1906, nernst enunciou:

― “Em qualquer reação envolvendo somente sólidos cristalinos, a variaçãoda entropia é nula”.

• Em 1923, Planck:

― reformula o enunciado da terceira lei, expandindo seu conceito egeneralizando-a.

11

lim𝑇→0

∆𝑆 = 0

ALGUMAS CONSIDERAÇÕES SOBRE MATÉRIA E SUA ESTRUTURA

12

ORGANIZAÇÃO/ORDEM MOLECULAR

Gás

Menos organizado

Líquido

Menos organizado

Sólido

Mais ordenadoFonte: WHITE, 2005.


A terceira lei pode ser enunciada do seguinte modo, ainda:

13

Desse modo, pode-se constatar o seguinte:

• Quando T → 0 K, S0 = 0; isto é, a entropia de toda a matéria seria igual noZero Absoluto;

• Consequentemente, a matéria entraria em estado de ordenação absolutae não em estado de repouso absoluto;

• Para Nernst, esse fenômeno era apenas possível com retículos cristalinosperfeitos, mas sabe-se que esse estado apenas é alcançado com a gases;

• É possível calcular “valores absolutos de entropia”.Fonte: BOTTA e ANDREETA, 2014.


Assumindo a veracidade das constatações anteriores, é possível constatarainda:

• Todas as substâncias tem o mesmo valor de entropia em 0 K;

• Assume-se que esse valor é nulo;

• A partir disso, torna-se possível estabelecer o ponto zero, o qual é o meio deobtenção para a medida da entropia e da entropia absoluta;

• O cálculo independe da: energia interna, da entalpia

• Apesar da lei não especificar se o sistema deve estar em equilíbrio com omeio externo, ela define que é necessário equilíbrio interno;

• Assume-se que não há influência da pressão;

• O teorema de Nernst aplica-se a gases, mas não a soluções líquidas ousólidas;

14

Fonte: BOTTA e ANDREETA, 2014.

APLICAÇÕES DA TERCEIRA LEI

15

CONDENSADO DE BOSE EINSTEIN

• O condensado de Bose Einsteinfoi previsto em 1925, por AlbertEinstein baseado na teoria deBose.

• O primeiro condensado dessetipo a ser fabricado emlaboratório foi criado em 1995por Eric Cornell e Carl Wieman,que o produziram a partir deátomos de Rubídio a 170 nanokelvin.

16

Carl Wieman e Eric Cornell Satyendra Nath Bose


• O condensado de Bose Einstein é um estado damatéria no qual os átomos se comportam como umúnico objeto quântico, ou seja, os átomos perdem suaindividualidade e passam a agir como se fossem um.

• Ele é relacionado ao fenômeno da superfluidez, quefoi observada em 1937 ao resfriar átomos de Hélio atemperaturas abaixo de 2 Kelvin

17

Há controvérsias no mundo acadêmico

sobre o condensado de Bose Einstein ser ounão o quinto estado da matéria.


• Após a descoberta do condensado deBose Einstein outros estudos foramrealizados e dentre as descobertaspodem-se destacar o raio atômico euma propriedade do condensado quefaz com que ele imploda e explodaem seguida.

• O primeiro raio atômico foi feito porKetteler, ao fazer com que gotas deum condensado de Bose Einsteinconstituído de átomos de sódiocaíssem em pingos de um único ponto.

18

Tipos de raio atômico

RELAÇÃO DE GRÜNEISEN: DEDUÇÃO SIMPLIFICADA

19

Onde:

∆𝐺 = Energia Livre de Gibbs

∆𝐻 = Variação de Entalpia

∆𝑆 = Variação de Entropia

𝑇 = Temperatura

𝑑 = derivada

𝛿 = derivada parcial em função de

uma das variáveis (índice)

𝑝 𝑐𝑡𝑒= pressão constante

Onde:

𝐶𝑝 = Capacidade Calorífica com

pressão constante

𝐶𝑣 = Capacidade calorífica com

volume constante

∆𝑆 = Variação de Entropia

T = TemperaturaFonte: BOTTA e ANDREETA, 2014.

20

Onde:

𝑆 = Entropia

𝑝 = Pressão

𝑇 = Temperatura



𝑉 = Volume



21

Onde:

𝑆 = Entropia

𝑝 = Pressão

𝑇 = Temperatura



𝛼 = coeficiente de expansão

térmica volumétrica

𝛽 = Compressibilidade

Continuação



RELAÇÃO DE GRÜNEISEN22

𝛾 =𝛼𝑉

𝛽𝐶𝑣


Associa através de uma constante γ,que é independente da temperatura.

• compressibilidade;

• coeficiente de expansão térmica;

• capacidade calórica;

• volume.

Onde:

𝛼 = coeficiente de

expansão térmica

volumétrica

𝛽 = Compressibilidade

𝑉 = Volume

𝐶𝑣 = Capacidade calorífica

com volume constante

CONSEQUÊNCIAS DA TERCEIRA LEI

23

CONSEQUÊNCIAS

"É impossível através de qualquer procedimento, não importa o quão idealizado, reduzir a temperatura de qualquer sistema à temperatura zero em um finito número de finitas operações“

Guggenheim, E.A.

24

Suponha que a temperatura de uma substância pode ser reduzidaem um processo isentrópico. Pode-se pensar numa configuração dedesmagnetização nuclear de múltiplos estágios aonde o campomagnético é ligado e desligado de forma controlada. Se houvesseuma diferença na entropia no zero absoluto T = 0 poderia seralcançado em um número finito de operações. Contudo, durante T = 0não há diferença na entropia, então um número infinito de operaçõesseria necessário.

25

CONSEQUÊNCIAS

CONSIDERAÇÕES FINAIS

Ao longo deste trabalho foi possível efetuar uma análise da terceiralei da termodinâmica, explanando sobre seus criadores e sobre aimportância prática e teórica para a física. Ressalta-se a importânciadeste seminário para o curso de Física, ministrado no Instituto Federalde Educação, Ciência e Tecnologia da Bahia – Câmpus Salvador, noqual as aulas sobre termodinâmica foram complementadas com estetrabalho.

26

REFERÊNCIAS

• BOTTA, W.; ANDREETA, M. Termodinâmica dos Sólidos. São Paulo: Universidade Federal de São Carlos, Departamento de Engenharia de Materiais, [s.a.]. Disponível em: <http://goo.gl/NZZHjQ>. Acesso em: 20 nov.2014.

• GUGGENHEIM, E.A. (1967). Thermodynamics. An Advanced Treatment for Chemists and Physicists, fifth revised edition, North-Holland Publishing Company, Amsterdam, page 157.

• HANGLEY, Edward et al. The Atom Laser. An Optics and Photonics News, may 2001.

• JUNIOR, Osvaldo Pessoa. Condensados Bose-Einstein. Disponível em: <www2.uol.com.br>. Acesso em: 15 dez. 2014.

• UFC. O que é o CONDENSADO DE BOSE/EINSTEIN?. In: Queremos saber: pergunta respondida. Disponível em: <http://goo.gl/xbqc2R>. Acesso em: 15 dez. 2014.

• WHITE, D. P. Capítulo 19: termodinâmica química. In: química a ciênciacentral. 9. ed. [s.l.]: Pearson Education, 2005.

27

Download - Teorema de Nernst - terceira lei da termodinâmica

Top Related