1

TermodinâmicaFísica e Química 09/10 | Módulo F5

Milene Ferreira

2• Fonte: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/8a/Triple_expansion_engine_animation.gif;

• http://www.egr.msu.edu/classes/me201/zhuangm/index_files/image002.jpg

Termodinâmica

Therme (calor) + dynamics (potência)

Ciência que estuda as leis que

regem as transformações de

energia térmica noutras formas de

energia

3• Fonte: http://www.gnurf.net/v3/wp-content/uploads/2008/05/034-heat-wave.png ; http://logos.simpleplants.com/Weather-

Seasons/thumbs/Weather-Seasons-Thermometer_1.gif; http://www.karpathian.com/images/clipart/fridge.gif;

http://images.clipartof.com/small/40946-Clipart-Illustration-Of-A-Grumpy-Melting-Ice-Cream-Cone-Character.jpg;

http://www.clipartguide.com/_pages/0060-0808-1415-5457.html

Termodinâmica

Qual a diferença entre calor e temperatura?

Como funciona um frigorífico?

Por que derrete um gelado?

Que transformações se dão no

motor de um carro, enquanto anda?

Por que motivo, no Verão, a areia

da praia escalda e a água não?

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Sistemas Termodinâmicos

Sistema

termodinâmico

Fronteira

Vizinhança

• Fonte: http://www.metrokitchen.com/images/uploads/ca-259-03.jpg; http://i.s8.com.br/images/sport/cover/img5/1723875.jpg;

http://files.nireblog.com/blogs4/shinestar/files/gato-chartreux.jpg

5

Sistemas Termodinâmicos

• Fonte: http://www.gluon.com.br/fq/imagens.htm; http://www.aulas-fisica-quimica.com/energia_conceito.html;

6

Sistemas Termodinâmicos

• Fonte: http://www.aulas-fisica-quimica.com/energia_conceito.html;

7

Sistemas Termodinâmicos

• Fonte: AIRES SILVA, João, AMARO, Ana e NEVES, Ana Maria (2009). F5 – Termodinâmica. Física – Módulos F1 a F6 / Física e

Química – Ensino Profissional | Nível 3. Porto: Areal Editores;

8

Sadi Carnot

1796 - 1832

James Joule

1818 - 1889

Rudolf Clausius

1822 - 1888

Wiliam Thomson

Lord Kelvin

1824 - 1907

Emile Claupeyron

1799 - 1864

Alguns ilustres pesquisadores

que construiram a termodinâmica

Um pouco de história…

9

Máquina a vapor

Um pouco de história…

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Ocorre quando pelo menos uma

variável de estado do sistema varia

Modo como se realiza uma mudança de estado

Variáveis de estado

Variável de estado, grandeza de estado ou propriedade de

estado são grandezas físicas que têm um valor bem

definido para cada estado termodinâmico

As variáveis de estado são:

TemperaturaPressão

VolumeEnergia interna

Massa

11

Temperatura

• A temperatura de um corpo é a medida da

energia cinética média das partículas

Aumento da temperatura

• A energia cinética (de vibração, rotação e/ou translação) das

partículas do sistema, cujo valor médio está relacionado com a

temperatura do sistema;

• A energia potencial, que está associada com as interacções entre

as partículas e com as ligações existentes.

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Energia internaA energia interna (microscópica) de um sistema tem duas componentes:

A energia interna de um sistema é, assim, o

somatório das energias cinéticas e das energias

potenciais de todos os corpúsculos que o

constituem, dependendo, por isso:

• da temperatura a que o sistema se encontra;

• da massa do sistema.

• A transferência de energia entre dois sistemas pode ocorrer por três

processos:

– Trabalho (energia transferida por acção de forças que a vizinhança exerce sobre

o sistema)

– Radiação (energia transferida através da propagação da luz)

– Calor (energia transferida entre sistemas a temperaturas diferentes, quando

postos em contacto entre si)

13

Transferências de energia

14

Transferências de energia sob a forma

de calor

Em que condições ocorrem?

• Quando dois corpos a temperaturas

diferentes se encontram em contacto,

vai ocorrer transferência de energia sob

a forma de calor, do corpo que se

encontra a maior temperatura para o

corpo que se encontra a menor

temperatura, até que se estabeleça o

equilíbrio térmico.

• Durante uma mudança de estado

físico, também ocorre transferência de

energia sob a forma de calor entre o

sistema e a vizinhança.

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Calor (Q) Energia transferida entre sistemas (uma fonte e um

receptor) a temperaturas diferentes, provocando uma

variação da energia interna do sistema.

• NOTA: o calor é “energia em trânsito”. Não é uma propriedade do sistema, como a

temperatura ou a energia interna.

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Mecanismos de transferência de energia

sob a forma de calor

Condução Convecção

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Mecanismos de transferência de energia

sob a forma de calor

18

Mecanismos de transferência de energia

sob a forma de calor

Condução Convecção

19

Mecanismos de transferência de energia

sob a forma de calor

20

Mecanismos de transferência de energia

sob a forma de calor

21

Mecanismos de transferência de energia

sob a forma de calor

Correntes marítimas de convecção.

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Condutibilidade térmica

23

Capacidade térmica mássica

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1ª Lei da Termodinâmica

ΔU = U2 – U1

Variação Energia

Interna

W > 0 → energia que sai do sistema

W < 0 → energia que entra no sistema

Q > 0 → calor que entra no sistema

Q < 0 → calor que sai do sistema

1a Lei

Q = W + ΔU

Sistema Fechado

A energia total do Universo, com ou sem

transformações, permanece constante.

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2ª Lei da Termodinâmica

A entropia (desordem) do Universo aumenta em todos os

processos naturais.

Quando um corpo recebe calor a

sua entropia aumenta.

∆S = QT 0

Aumenta a EC e/ou a

agitação molecular

Aumenta a “desordem”

A entropia é a medida da desordem

ΔS = Q/T < 0 → a “desordem” diminui.

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Máquinas térmicas

1002

12

T

TT

1001

QW

27

Máquinas frigoríficas