Termodinmica1 semestre de 2008 DiurnoTnia TomDepartamento de Fsica GeralGrupo de Mecnica EstatsticaSala 316-Attome@if.usp.brhttp://fge.if.usp.br/~ttome/cursos

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ApresentaoBibliografiaEmentaConceitos Bsicos

Primeira aula:Fevereiro/2008*

* M. J. de Oliveira Termodinmica Editora Livraria da Fsica, So Paulo, SP, 2005.Bibliografia H. B. Callen, .Thermodynamics and an Introduction to Thermostatistics Wiley & Sons, New York, 1985. .Thermodynamics, Wiley & Sons, New York, 1960. M. W. Zemansky Calor e Termodinmica Guanabara Dois, 1978. ou Heat and Thermodynamics, McGraw-Hill, 1968. E. Fermi Thermodynamics Prentice Hall, New York, 1937.* F. W. Sears An Introduction to Thermodynamics, The Kinetic Theory of gases and Statistical Mechanics Addison-Wesley, Reading, 1953.

Bibliografia complementar: histria da cincia e alguns textos originaisS. G. BrushStatistical Physics and the Atomic Theory of Matter:From Boyle and Newton to Onsager, Princeton University Press, 1983. W. NernstThe New Heat TheoremDover, New York, 1969.(Primeira edio: 1917).S. CarnotRflexions Sur La Puissance Motrice Du FeuBachelier, Paris, 1824.E. Mendonza (Editor) Reflections on the Motive Power of Fire and other Papers on the Second Law of Thermodynamics by . Claperyon and R. ClausiusP. Smith Publisher, 1977.*

BibliografiaSugestes de livros para reviso de conceitosde termodinmica vistos em fsica bsica. Alaor ChavesFsica Vol. 4 / sistemas complexos e outras fronteirasCaptulos: 36, 37 e 38 Halliday & Resnick, Fisica, Vol. 4 *

Ementa resumida:http://sistemas2.usp.br/jupiterweb/Ementa. Noes sobre estados de equilbrio termodinmico e processos termodinmicos;. Trabalho, calor e energia interna; . Conservao da energia e Primeira lei da termodinmica.. Temperatura; Entropia; Gs Ideal; Processos cclicos.. Capacidades Trmicas e outros coeficientes termodinmicos.. Estabilidade Termodinmica.. Princpio da mxima entropia e princpio da mnima energia e Segunda Lei da Termodinmica.Ementa detalhadahttp://fge.if.usp.br/~ttome/ -- > cursos*

Ementa detalhada (continuao). Relao fundamental na representao da energia e na representao da entropia; . Equaes de estado; Variveis extensivas e intensivas.. Transformaes de Legendre; potenciais termodinmicos . Outras representaes;.. Convexidade e demais propriedades dos potenciais.. Relaes de Maxwell e reduo de derivadas.. Processo de Joule -Thomson.. Expanso virial (conceitos bsicos). Terceira Lei da termodinmica . Postulado de Nernst; . Postulado de Planck.. Capacidade trmica.*

Ementa detalhada (final) Transies de fase . Diagrama de fase . Parmetro de ordem. Transies de primeira ordem . Comportamento dos potenciais termodinmicos e do parmetro de ordem. . Equao de Clausius-Clapeyron; . Ponto triplo. Sistemas magnticos e transies de fase._______________________________________ Transies de segunda ordem Ponto crtico Liquido/ vapor Teoria de van der Waals Construo de Maxwell Expoentes crticos e classes de universalidade.*

*Conservao da energiaJoule, Mayer, Helmhotz Primeira metade do sculo dezenove.Entropia e temperatura absolutaAs leis da termodinmica: um breve resumo histricoFuno de estadoKelvinClausiusMetade do sculo dezenove.Funo de estadoquandoNernst, 1906Planck

* A lei (equao de estado para os gases ideais) foi estabelecida empiricamente por volta de 1660.Esta consegue dar uma descrio boa do comportamento dos gasesa temperaturas bem maiores do que a temperatura crtica .. O ponto crtico, assim como as transies do estado lquido e gasoso

de um determinado gs, s foram devidamente determinados em 1869

quando Andrews (*) em 1869 obteve dados experimentais a respeito

dessas transies e do ponto crtico para o dixido de carbono ( ).

(*) O ponto crtico foi descoberto por Cagniard de la Tour em 1822. Alguns aspectos das transies de fases

Isotermas

Dados experimentais obtidos porMichels et al (1937),*Isotermas do no plano Obs.: Primeira determinao experimental: Ponto crtico:Proc. Roy. Soc. A 160, 358 (1937).

Figura retirada do livroM. J. de Oliveira, Termodinmica.T. Andrews,Trans. Royal Soc. London 159, 575 (1869).Patamar de coexistncia

Isotermas de Andrews1869Primeira determinao experimental:

Isotermas do xennionas proximidades do ponto crticoHabgood & Scheineider,(1954)*Figura retirada do livroZemansky, Calor e Termodinmica.

* Em 1873 J. D. van der Waals (*) forneceu a primeira descrio terica das isotermas de Andrews,e, portanto, das propriedades de sistemas Nas proximidades do ponto crtico lquido-gs. Equao de van der Waalsou(*) Leituras complementares:

S. Brush, Statistical Physics andthe Atomic Theory of Matter, 1963. Teoria de van der Waals

Transies de fase em uma substncia simples: planos T-p e p-V(Sears , An Introduction toThermodynamics, 1953).Plano T-pPlano p-vIsotermas*

*Ponto triplo:

S, L e G coexistem.

Calor latente

Calor recebido a presso constanteNa transio T=cte= T*ectes durante a transio de faseTransformar parte do lquido emvapor sem alterao da temperatura.Calor latente molarQuantidade de calor necessria para evaporar 1 mol do lquido

Transies de primeira ordem

As transies em que h mudana de fase (por exemplo, lquido-slido)so chamadas de transies de primeira ordem.

As primeiras derivadas da energia livre de Gibbs,s e v, sofrem variaesfinitas.

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Curva f versus vCurva p versus vcontnuaLGp contnua de vinvertendov= v(p) tem uma descontinuidade em p=p*f=f(T,v) versus vSalto no volumeg no diferencivel neste pontog=g(T,p)contnua

h=h(s,p)p=cte=p*invertendoT contnua de ss descontinua em T*g=g(T,p)

. Para h uma nica soluo da equao de van der Waals.

. Para temperaturas o sistema pode ser descrito por um gs ideal.

. Em h uma transio de fase de segunda ordem.

O fluido de van der Waals exibe um ponto crtico.Este o ponto em que as trs razes da equao de van der Waals coincidem.Ponto crtico = ponto de inflexo de p com relao a v.*Equao de van der Waals:Isotermas de van der Waals no plano p-v.Tc: temperatura crtica.T: Temperatura p: Presso v: Volume molarv(Sears)oup e T fixos:

*Construo de MaxwellIsotermas de van der Waals para T

*Transies de segunda ordem:

as segundas derivadas dos potenciais divergem ou so descontnuase as primeiras derivadas permanecem contnuas.Energia livre de Helmholtz molar(Um potencial termodinmico).Por exemplo:Compressibilidade isotrmica

Compressibilidade isotrmica para o fluido de van der Waals (van der Waals)*

Expoentes crticosPodemos fazer uma expanso ao redor do ponto crtico e estudar o comportamento de grandezas termodinmicas que caracterizam a transio de fase de segunda ordem.*

O que implica emParmetros crticos/ van der Waals*

Teoria de van der Waals Obteno dos parmetros crticosNo ponto crtico temos:*

Expanso ao redor do ponto crtico*

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