Gás ideal e primeiralei da Termodinâmica

Professor: Antonio dos Anjos Pinheiro da Silva

Tutor: Gustavo Luz

Sistema TermodinâmicoO que é um sistema termodinâmico?

Agora, 1023 partículas!!

Antes

Como fazer um tratamento mecânico desse problema?

Descrição termodinâmica de um sistema de muitos corpos

Parâmetros termodinâmicos(p, V, T)

V Volume do recipiente que contém o gás

T Medida da agitação térmica

p Colisões com partículas e com as paredes

Gás Ideal

Definição: Denominamos de gás ideal um sistema constituído de muitos corpos e suficientemente diluído para que possamos desprezar

a interação entre suas partículas.

Os parâmetros termodinâmicos (p, V, T) que caracterizam esse gás estão relacionadas entre si por uma equação de estado chamada equação de estado de um gás ideal:

ou

A equação de estado no espaço (p, V, T) uma superfície cujos pontos representam um estado de equilíbrio do sistema (gás), caracterizado por uma temperatura, volume e pressão bem

definidos

Para passar de um ponto para outro nessa superfície é necessário que algum processo termodinâmico tenha ocorrido.

Processos termodinâmicos são variações apropriadas de um ou mais parâmetros que fazem o sistema evoluir de um estado de equilíbrio inicial para um outro estado

de equilíbrio.

Processos Termodinâmicos

Processo isobárico: a pressão p é mantida constante enquanto que a sua temperatura e volume variam.

Processo isovolumétrico: o volume V é mantido constante enquanto que a sua temperatura e pressão variam.

Processos Termodinâmicos

Processo isotérmico: a temperatura T é mantida constante enquanto que a pressão e volume variam. Veja o processo IIIna figura abaixo.

Energia Interna de um Gás Ideal

No gás ideal, toda energia, chamada de energia interna U, está na forma de energia cinética.

teorema da eqüipartição da energia estabelece que cada grau de liberdade contribui para a energia interna do gás com um fator de (kBT)/2

Teorema da eqüipartição da energia

Como existem N partículas no gás então, por esse teorema, a energia interna total será dada por:

Note que a energia interna de um gás ideal é proporcional a sua temperatura T.

Quando o gás se expande ele se resfria pois realiza trabalho sobre sua vizinhança as custas de sua energia interna.

Quando o gás é aquecido sua energia interna cresce pois calor Q entra no sistema aumentando sua energia interna.

Quando o gás é comprimido sua energia interna tende a aumentar pois energia em forma de trabalho W é injetada para dentro do sistema.

1ª Lei da Termodinâmica

Relação entre energia interna U, trabalho W e calor Q

Variação da energia interna U do sistema

Calor Q que entra ( Q > 0) ou saiQ < 0 do sistema

Trabalho W realizado sob(W > 0) ou pelo (W < 0)Sistema.