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FÍSICA PROF. JEAN CAVALCANTE PROF. NELSON BEZERRA 2º ANO ENSINO MÉDIO
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FÍSICA PROF. JEAN CAVALCANTE
PROF. NELSON BEZERRA2º ANOENSINO MÉDIO
Unidade IITecnologia
CONTEÚDOS E HABILIDADES
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Aula 10.2ConteúdoAs leis da termodinâmica: Gases perfeitos e suas transformações
CONTEÚDOS E HABILIDADES
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HabilidadeEntender as transformações gasosas que ocorrem nos gases perfeitos e relacioná-las com a primeira lei da termodinâmica solucionando problemas simples envolvendo o conteúdo abordado.
CONTEÚDOS E HABILIDADES
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Em nossa aula anterior tratamos do conceito de energia interna e da primeira lei da termodinâmica, vimos que energia interna é soma de todas as energias relacionadas com a molécula do gás. A primeira lei da termodinâmica relaciona a energia interna e o trabalho realizado ou recebido pelo gás com a quantidade de calor absorvida ou cedida durante a transformação gasosa. Em nossa aula iremos abordar as transformações gasosas envolvidas com a primeira lei, além de tratarmos sobre o trabalho realizado ou recebido pelo gás.
REVISÃO
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A primeira lei da termodinâmica está diretamente relacionada com o trabalho realizado ou recebido pelo gás. Por sua vez, o trabalho depende essencialmente de uma das variáveis de estado do gás. De qual variável de estado estamos falando?
DESAFIO DO DIA
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Definimos a energia interna de um gás perfeito como o somatório de todas as formas de energia, associadas ao movimento de translação, rotação e vibratório das moléculas que constituem o gás.
AULA
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Energia Interna
AULA
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A energia interna está intimamente relacionada com a temperatura absoluta do gás e pode ser expressa pela expressão:
Nesta expressão: • n é o número de mols contidos em uma massa m de gás.
U = ⋅ n ⋅ R ⋅ T32
AULA
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A energia interna está intimamente relacionada com a temperatura absoluta do gás e pode ser expressa pela expressão:
Nesta expressão: • n é o número de mols contidos em uma massa m de gás. • R é a constante universal dos gases ideais, seu valor é
0,082 atm.l/K.mol ou 8,31 J/K.mol(SI).
U = ⋅ n ⋅ R ⋅ T32
AULA
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A energia interna está intimamente relacionada com a temperatura absoluta do gás e pode ser expressa pela expressão:
Nesta expressão: • n é o número de mols contidos em uma massa m de gás. • R é a constante universal dos gases ideais, seu valor é
0,082 atm.l/K.mol ou 8,31 J/K.mol(SI). • T é a temperatura absoluta (em Kelvin).
U = ⋅ n ⋅ R ⋅ T32
AULA
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Exemplo resolvidoTrês mols de gás hidrogênio estão contidos em um recipiente indilatável e mantidos a uma temperatura absoluta de 300 K. Nessas condições, considere R = 8,31 J/K.mol e calcule a energia interna do gás.
AULA
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A variação da energia interna (ΔU) de um gás é uma grandeza muito importante no estudo da termodinâmica e depende da variação da temperatura sofrida pelo gás, ou seja:
Nesta expressão, ΔT representa a variação da temperatura sofrida pelo gás.
UΔ =32
⋅ n ⋅ R ⋅ ΔT
AULA
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Exemplo resolvidoDois mols de gás oxigênio, inicialmente a uma temperatura de 100 K, estão contidos em um recipiente indilatável. O gás recebe certa quantidade de calor de uma fonte térmica e eleva sua temperatura para 500 K. Nessas condições, considere R = 8,31 J/K.mol e determine a variação de energia interna do gás.
AULA
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A primeira lei da termodinâmicaLei da conservação da energia: “A energia não pode ser criada nem destruída, mas apenas transformada de uma espécie em outra”.A primeira lei da termodinâmica é, portanto, uma generalização da lei da conservação da energia por incluir as variações de energia interna do sistema.
AULA
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Leis da termodinâmica
AULA
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“A quantidade de calor recebida ou cedida pelo sistema é igual à soma da variação da energia interna e o trabalho realizado ou recebido pelo gás.”Matematicamente a primeira lei pode ser expressa pela seguinte relação:
Q = ΔU + ω
AULA
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Primeira lei da termodinâmica
AULA
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Exemplo resolvidoUm sistema termodinâmico constituído por 2,0 mols de gás hidrogênio encontra-se, inicialmente, a uma temperatura de 200 K. Ao receber de uma fonte de calor 6000 J de energia, o gás aumenta sua temperatura para 300 K. Sendo assim, determine qual a variação da energia interna do gás e o trabalho realizado pelo gás sobre sua vizinhança. Considere R = 8,31 J/K.mol.
AULA
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1. Dois mols de gás hidrogênio estão contidos em um recipiente indilatável e mantidos a uma temperatura absoluta de 200 K. Nessas condições, considere R = 8,31 J/K.mol e calcule a energia interna do gás.
DINÂMICA LOCAL INTERATIVA
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2. Quatro mols de gás oxigênio, inicialmente a uma temperatura de 250 K, estão contidos em um recipiente indilatável. O gás recebe certa quantidade de calor de uma fonte térmica e eleva sua temperatura para 350 K. Nessas condições, considere R = 8,31 J/K.mol e determine a variação de energia interna do gás.
DINÂMICA LOCAL INTERATIVA
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Lei Zero da TermodinâmicaEsta lei diz que dois sistemas físicos estão em equilíbrio se, ao serem colocados em contato térmico, não há fluxo de calor entre eles.
TA = TB
RESUMO DO DIA
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1ª Lei da TermodinâmicaPara todo sistema termodinâmico existe uma função característico denominada energia interna. A variação dessa energia interna (ΔU) entre dois estados quaisquer pode ser determinada pela diferença entre a quantidade de calor (Q) e o trabalho (τgás) trocados com o meio externo.
ΔU = Q - τgás
RESUMO DO DIA
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Transformações termodinâmicas particularesNo estudo da termodinâmica dos gases perfeitos, encontramos quatro transformações particulares que devem ser analisadas com mais detalhes: a isotérmica, a isométrica, a adiabática e a isobárica.
RESUMO DO DIA
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Duas possibilidadesa) Se o sistema gasoso recebe
calor (Q > 0), essa energia é integralmente utilizada na realização de trabalho (τgás > 0).
Q = τgás, pois ΔU = 0Q > 0 e τgás > 0
Transformação isotérmica
RESUMO DO DIA
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b) Se o sistema gasoso recebe trabalho (τgás < 0), ele cede para o meio externo igual quantidade de energia em forma de calor (Q < 0).
τgás = Q, pois ΔU = 0τgás < 0 e Q < 0
A temperatura do gás não varia em uma transformação isotérmica, mas ele troca calor com o meio externo.
RESUMO DO DIA
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Duas possibilidadesa) Se o sistema recebe
calor (Q > 0), sua energia interna aumenta (ΔU > 0) e igual valor:
τgás = 0 → Q = ΔU
Transformação isométricaRESUMO DO DIA
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b) Se o sistema cede calor (Q < 0), sua energia diminui (ΔU < 0) em igual valor:
τgás = 0 → Q = ΔU
RESUMO DO DIA
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Duas possibilidadesa) Quando a temperatura
absoluta do sistema aumenta, seu volume também aumenta.
ΔU > 0 τgás > 0ΔU = Q - τgás ou
Q = τgás + ΔU
Transformação isométrica
RESUMO DO DIA
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b) Quando a temperatura absoluta do sistema diminui, seu volume também diminui. Isso significa que sua energia interna diminui (ΔU < 0) e que o sistema recebe trabalho (τgás < 0).
ΔU = Q - τgás ou
Q = τgás + ΔU
RESUMO DO DIA
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Energia Interna
RESUMO DO DIA
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A energia interna está intimamente relacionada com a temperatura absoluta do gás e pode ser expressa pela expressão:
UΔ =32
⋅ n ⋅ R ⋅ T Nesta expressão:
• n é o número de mols contidos em uma massa m de gás. • R é a constante universal dos gases ideais, seu valor é
0,082 atm.l/K.mol ou 8,31 J/K.mol(SI). • T é a temperatura absoluta (em Kelvin).
RESUMO DO DIA
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A variação da energia interna (ΔU) de um gás é uma grandeza muito importante no estudo da termodinâmica e depende da variação da temperatura sofrida pelo gás, ou seja:
Nesta expressão, ΔT representa a variação da temperatura sofrida pelo gás.
UΔ =32
⋅ n ⋅ R ⋅ ΔT
RESUMO DO DIA
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A primeira lei da termodinâmicaLei da conservação da energia: “A energia não pode ser criada nem destruída, mas apenas transformada de uma espécie em outra.”A primeira lei da termodinâmica é, portanto, uma generalização da lei da conservação da energia por incluir as variações de energia interna do sistema.
RESUMO DO DIA
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“A quantidade de calor recebida ou cedida pelo sistema é igual à soma da variação da energia interna e o trabalho realizado ou recebido pelo gás.”Matematicamente a primeira lei pode ser expressa pela seguinte relação:
Q = ΔU + ω
RESUMO DO DIA
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Como funciona um motor de um carro
DESAFIO DO DIA
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Veja o vídeo e comente sobre a aplicação da 1ª Lei da Termodinâmica. Responda:Por que um carro precisa dispensar calor pelo sistema de arrefecimento?
DESAFIO DO DIA
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A primeira lei da termodinâmica está diretamente relacionada com o trabalho realizado ou recebido pelo gás.Por sua vez, o trabalho depende essencialmente de uma das variáveis de estado do gás. De qual variável de estado estamos falando?
DESAFIO DO DIA
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