Semi-Extensivo

Termodinâmica

AULA 07 – FÍSICA 3 – PROFESSOR NECKEL

Trabalho de um gás sob pressão constante

Modelo: cilindro fechado com uma determinada quantidade de gás. Quando o gás recebe uma determinada

quantidade de calor (energia térmica) do meio externo, pode sofrer transformações.

Quando a transformação é feita à pressão constante, o trabalho que o gás exerce sobre o êmbolo para movimentá-lo para cima é dado por

� � �∆�

Pelo diagrama � � �, a área sob a curva calcula o mesmo trabalho

Trabalho de um gás sob pressão variável

Como em um diagrama � � �, a área sob a curva da transformação calcula o trabalho do gás, o mesmo vale para uma transformação com pressão variável

MUITO IMPORTANTE:

Quando o gás expande, � � 0, pois ∆� � 0

Quando o gás é comprimido, � 0, pois ∆�

0

Trabalho em um ciclo gasoso fechado

��� � 0, pois ∆� � 0

� � 0, pois ∆� 0

��� � �� � 0, pois ∆� � 0

������ � �������� � ��� � � �

Vale para qualquer formato de ciclo Sentido horário, ������ � 0

Sentido anti-horário, ������ 0

Energia Interna do Gás

A energia interna de um gás é a soma das energias cinéticas médias de todas as moléculas do gás, assim

� ������ ��!��� �3

2�$∆%

Sua variação depende da variação da temperatura

∆� �3

2�$∆%

Como a energia interna depende diretamente da temperatura, ela também é uma variável de estado do gás. Assim, dois pontos em um diagrama � � � com a mesma temperatura, também terão a mesma energia interna.

1ª Lei da Termodinâmica

A energia térmica trocada em forma de calor por um gás pode ser convertida em trabalho e variação de energia interna. Como isso ocorre depende das características do processo.

& � � � ∆�

Ou∆� � & ' �

Cada transformação tem suas características

Isocórica: � � 0; & � ∆�

Isobárica: � � �∆�; & � � � ∆U

Isotérmica: ∆� � 0 ∆% � 0 ; & � �

Ciclo: ∆� � 0, & � �

2ª Lei da Termodinâmica – Máquinas Térmicas

Uma máquina térmica é um aparato que aproveita energia térmica de uma fonte para realizar trabalho. Na natureza, é impossível que toda a

energia absorvida por uma máquina seja totalmente convertida em trabalho.

Um pouco da energia absorvida sempre é rejeitada ao meio para uma outra fonte.

A fonte de onde a energia vem é chamada de FONTE QUENTE e a fonte que recebe a energia rejeitada é chamada de FONTE FRIA

Calor da fonte quente: &+

Calor para a fonte fria: &,

Trabalho realizado pela máquina:

� � &+ ' &,

Pela convenção de sinais&+ � 0

&, 0

2ª Lei da Termodinâmica – Máquinas Térmicas

Rendimento de uma máquina térmica

- ��

&+�

&+ ' &,

&+�1 ' &,

&+

Obs.: Máquinas frigoríficas e Entropia de um sistema serão trabalhadas em um aprofunda de Física!

Transformação especial - Adiabática

Uma transformação adiabática é aquela onde os estados de pressão, volume e temperatura de um gás são modificados sem troca de calor com o meio externo.

Assim, pela 1ª lei da termodinâmica& � � � ∆U

0 � � � ∆U

� � '∆�/0∆� � '�

Máquina ou Ciclo de Carnot

Carnot postulou em 1824 as características do que seria a máquina térmica ideal, ou seja, teórica. Nenhuma máquina operando entre duas

temperaturas pode ter rendimento maior que o rendimento da máquina de Carnot operando entre as mesmas duas temperaturas.

A máquina de Carnot terá o mesmo rendimento, operando entre duas temperaturas, para qualquer fluido operante.

O ciclo de Carnot é caracterizado por duas isotérmicas e duas adiabáticas.

Máquina ou Ciclo de Carnot

É considerado um ciclo ideal pois: Nas adiabáticas não há recebimento ou perda de

calor para o meio Nas isotérmicas não há variação de temperatura

(energia interna), logo & � �

A máquina de Carnot, então, é caracterizada TAMBÉM pelas temperaturas das suas duas isotermas.

Assim

&,

&+�%,

%+ ; - � 1 '

%,

%+

Exercício: Lista, R: A

Exercício Lista R: C

Exercício Fixação, R: B

Exercício: Fixação, R: A