termodinamica a

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Estudo das transformações da energia. energia potencial energia cinética TERMODINÂMICA energia mecânica energia elétrica

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Page 1: Termodinamica A

Estudo das transformações da energia.

energia potencial

energia cinética

TERMODINÂMICA

energia mecânica

energia elétrica

Page 2: Termodinamica A

Na+(g) + e- + Cl(g)

Na+(g)

+ Cl-(g)

Na(g) + Cl(g)

Na(g) + Cl(g)

21

12

Na(s) + Cl(g)

Na+Cl-(g)

NaCl(s)

-410

-302

-450

-787

-348+496

+121

+108

energia

estabilidade

Reação química: formação do NaCl

Na+ (q) + Cl-

(g) NaCl(S)

Page 4: Termodinamica A

- Explica porque ocorre as reações

- Permite predizer o CALOR que as reações liberam

- Permite predizer o TRABALHO que as reações

podem executar.

IMPORTÂNCIA:

TRABALHO (W) é uma medida da energia transferida pela aplicação de uma força

ao longo de um deslocamento.

W = F.d

Page 5: Termodinamica A

ENERGIA é uma medida da capacidade de realizar trabalho.

cinética

potencial

térmica

eólica

mecânica

eletromagnética

elétrica

química

Energia

Unidade Joule (J) (SI)

1 J = 1.Kg.m2.s-2

1 K.J = 103 J

Page 6: Termodinamica A

Energia Cinética

é a energia dada a um corpo por seu movimento

Ec = m.v212

Exemplo: Qual é energia necessária para acelerar uma pessoa cuja massa total é de 75

Kg a uma velocidade de 8,9 m.s-1, partindo do repouso e desprezando o atrito e a

resistência do ar.

21Ec = (75 Kg).(8,9 m.s-1)

Ec = 3,0 Kg. m.s-1

K.J

Ec = 3,0 K.J

Page 7: Termodinamica A

Energia Potencial Gravitacional

Energia potencial de um objeto é sua energia em função de sua posição em um

campo de força.

Ep = m.g.h g = 9,81 m.s-2

Exemplo: Uma pessoa com 65 kg sobe um lance de escada entre dois andares de um

prédio que estão separados por uma distância de 3,0 m. Qual a mudança de energia

potencial da pessoa.

Ep = 1,9 x 103 Kg.m2.s-2

Ep = 1,9 KJ

Ep = (6,5 Kg). (9,81 m.s-2).(3 m)

Page 8: Termodinamica A

Energia Potencial de Coulomb

é a energia devido a atração e repulsão entre duas cargas elétricas.

energia cinética é resultado do movimento

energia potencial é resultado da posição

r

q1 q2 q1.q2Ep =

4.0.r

ε0 = permissividade no vácuo = 8,854 x 10-12 J-1.C2.m-1

Page 9: Termodinamica A

q1.q2Ep =

4.0.r

r ∞

Ep = 0

q1 = q2

q1.q2Ep =

4.0.r> 0 Ep se r

q1.q2Ep =

4.0.r < 0 Ep se r

Page 10: Termodinamica A

Energia total de uma partícula: energia cinética + energia potencial

E = Ec + Ep

E = Ec + Ep

constante

Lei da conservação de energia

Page 11: Termodinamica A

é a influência que modifica o estado de movimento de um objeto

Força (F):

F = m.a

taxa de variação de sua velocidade

Velocidade (v)

magnitude da taxa de troca de posição

forçaantes depoisvelocidade

forçaantes depois

velocidade

Page 12: Termodinamica A

é utilizada para mover um objeto entre posições

com energia potencial diferente

quando um objeto se move contra uma força em

oposição, sua energia potencial aumenta.

chamamos o movimento contra uma força de

oposição de TRABALHO

Força

Page 13: Termodinamica A

TERMODINÂMICA

estudos do da transformações da energia

Primeira lei:

Permite acompanhar as variações de energia e o

calculo da quantidade de calor produzido por uma

reação.

Segunda lei: Explica por que algumas reações ocorrem e outras não.

Page 14: Termodinamica A

quente fria

calóricoTERMODINÂMICA

Carnot: o trabalho é resultado do fluxo de calórico, que fluía de um sistema mais

quente para um mais frio

Joule: demonstrou que calor e o trabalho são duas formas de energia

Page 15: Termodinamica A

Sistemas , Estados e Energia

ENERGIA é transformada de uma

forma para outra e transferida de

um lugar para outro.

Sistema e Vizinhança

Page 16: Termodinamica A

Sistema é a amostra ou a

mistura da qual estamos

interessados

Vizinhança todo o restante

(área onde fazemos as

observações)

UNIVERSO

Page 17: Termodinamica A

SISTEMA

aberto trocam matéria e energia com a vizinhança

fechado tem quantidade fixa de matéria, mas pode trocar

energia com a vizinhança

isolado não tem contato com a vizinhança

Page 18: Termodinamica A

Trabalho e Energia

movimento de

forças opostasTRABALHO

base da definição dos

principais conceitos

trabalho = força x distância

Unidade Joule (J) (SI)

1 J = 1.Kg.m2.s-2

1 K.J = 103 J

Page 19: Termodinamica A

A capacidade de um sistema em realizar trabalho energia interna U

- elétrons

- prótons

- nêutrons

∆X = Xfinal - Xinicial

Page 20: Termodinamica A

Xinicial

Xfinal

∆X = Xfinal - Xinicial

∆U = 7 J - 0 J

∆U = - 7 J

∆U = Ufinal - Uinicial

Xinicial

Xfinal

∆X = Xfinal - Xinicial

∆U = Ufinal - Uinicial

∆U = 7 J - 14 J

∆U = + 7 J

a energia de sistema é

transferida para realizar

trabalho, a energia do

sistema aumenta w é

positivo

a energia do sistema é

consumida para realizar

trabalho, a energia do

sistema diminui w é

negativo

Page 21: Termodinamica A

Trabalho de expansão

Sistema

- expansão variação de volume

- não-expansão não envolve variação de volume

Precisamos descobrir como o

trabalho executado, quando o

sistema se expande pelo volume ∆V,

se relaciona com a pressão externa,

Pext

Page 22: Termodinamica A

P = F/A Pext = F/A

trabalho = F x d

F = Pext x A

Trabalho = Pext .(A x d)

∆V

W = - Pext.∆V

equação só é aplicável quando a pressão externa constante

∆V = A x d

Trabalho de expansão sistema perde energia ∆V w é negativo

W = Pext.∆V

Page 23: Termodinamica A

Pext = 0 W = 0

um sistema não realiza trabalho de expansão quando se expande no vácuo

expansão livre

Pext = pascals

1 Pa = 1kg.m-1.s-2; ∆V = m3.

1 Pa .m3 = 1Kg.m-1.s-2 x 1 m3 = 1 J

L .atm Pa

L .atm = 10-3 m3 x 101.325 Pa = 101,325 Pa.m3 = 101,325 J

Page 24: Termodinamica A

Exemplo: Suponha que um gás sofre expansão de 500ml (0,500 L) contra uma

pressão de 1,20 atm. Qual foi o trabalho realizado na expansão?

W = - Pext.∆V

W = - (1,2 atm) x (0,500L)

W = - 0,600 L.atm

101,325 J L .atm

W = - 0,600 L.atm x

W = - 60,8 J

Energia diminui 60,8 J e o sistema realizou -60,8 J de trabalho contra a vizinhança

Page 25: Termodinamica A

Pressão externa variável

expansão reversível

Processo reversível: é um processo que pode ser revertido por uma mudança

infinitesimal de uma variável

Pext

Pint

Pext >>> Pint

Pext = Pint pistão não se move

Pext < Pint (Pint infinitesimal maior)

processo irreversível

processo reversível

pistão se move para fora

Page 26: Termodinamica A

W = - Pext.∆V

Cálculo de trabalho de uma expansão reversível

dW = - Pext..dV

Pext = pressão do gás, P

dW = - P .dV

em cada etapa do processo, a pressão do gás relaciona-se com o volume ela lei dos gases

ideais, P = nRTV dW = - nRT .dV

V

W = - nRT .dV∫V

Vfinal

Vinicial

W = - nRT dV∫V

Vfinal

Vinicial

W = - nRT ln VfinalVinicial

∫dx x

= ln x + cte

Page 27: Termodinamica A

O trabalho realizado por qualquer sistema sobre a vizinhança durante uma

expansão contra uma pressão constante é calculado pela expressão:

W = - Pext.∆V

No caso da expansão isotérmica reversível de um gás ideal, o trabalho é

calcula do pela expressão:

Um processo reversível é um processo que pode ser invertido pela variação

infinitesimal de uma variável.

W = - nRT ln Vfinal

Vinicial