4 - Termodinâmica - Física II
-
Upload
anonymous-hijngqtn -
Category
Documents
-
view
219 -
download
0
Transcript of 4 - Termodinâmica - Física II
-
7/24/2019 4 - Termodinmica - Fsica II
1/42
4TermodinmicaFsica II
Prof. Roberto Claudino Ferreira
1
Universidade Estadual do
Sudoeste da Bahia
Departamento de Estudos Bsicos e
Instrumentais
Prof. Roberto Claudino
-
7/24/2019 4 - Termodinmica - Fsica II
2/42
2
NDICE
1. Conceitos Fundamentais;
2. Sistemas Termodinmicos;3. Leis da Termodinmica;4. Gs Real e Gs Ideal;
5. Processos Termodinmicos;6. Entropia;7. Princpio Fundamental da Termodinmica;
8. A mquina de Carnot.
Prof. Roberto Claudino
-
7/24/2019 4 - Termodinmica - Fsica II
3/42
3
OBJETIVO GERAL
Alcanar um entendimento das leis,princpios, grandezas e unidades demedidas que envolvem o estudo datermodinmica, assim como suas
aplicaes prticas, atravs de abordagensconceituais, histricas e demonstraesmatemticas.
Prof. Roberto Claudino
-
7/24/2019 4 - Termodinmica - Fsica II
4/42
http://www.google.com.br/imgres?imgurl=http://images03.olx.pt/ui/1/91/71/11989071_3.jpg&imgrefurl=http://lisboacity.olx.pt/motores-e-caixas-usados-revisionados-com-garantia-www-autojjcarros-com-iid-11989071&usg=__HsvxXm8TTzfIz1LzkQM36r458Cc=&h=427&w=625&sz=42&hl=pt-BR&start=5&itbs=1&tbnid=_drfo6ZrvKU5tM:&tbnh=93&tbnw=136&prev=/images?q=carros+e+motores&hl=pt-BR&gbv=2&tbs=isch:1http://www.google.com.br/imgres?imgurl=http://www.blogcdn.com/www.autobloggreen.com/media/2009/05/dodge-circuit-580.jpg&imgrefurl=http://mateuskronbauer.blogspot.com/2009/05/carros-eletricos-precisam-de-entradas.html&usg=__ieS3IWbux5SPm4q7trGv3NZISHU=&h=298&w=580&sz=62&hl=pt-BR&start=4&itbs=1&tbnid=JuEVKPO5ryFuUM:&tbnh=69&tbnw=134&prev=/images?q=carros+e+motores&hl=pt-BR&gbv=2&tbs=isch:1 -
7/24/2019 4 - Termodinmica - Fsica II
5/42
5
Aplicao da Termodinmica
Prof. Roberto Claudino
Carros
Motores
CorpoHumano
Avies
Refrigeradores
Termoeltricas
http://www.google.com.br/imgres?imgurl=http://images03.olx.pt/ui/1/91/71/11989071_3.jpg&imgrefurl=http://lisboacity.olx.pt/motores-e-caixas-usados-revisionados-com-garantia-www-autojjcarros-com-iid-11989071&usg=__HsvxXm8TTzfIz1LzkQM36r458Cc=&h=427&w=625&sz=42&hl=pt-BR&start=5&itbs=1&tbnid=_drfo6ZrvKU5tM:&tbnh=93&tbnw=136&prev=/images?q=carros+e+motores&hl=pt-BR&gbv=2&tbs=isch:1http://www.google.com.br/imgres?imgurl=http://www.blogcdn.com/www.autobloggreen.com/media/2009/05/dodge-circuit-580.jpg&imgrefurl=http://mateuskronbauer.blogspot.com/2009/05/carros-eletricos-precisam-de-entradas.html&usg=__ieS3IWbux5SPm4q7trGv3NZISHU=&h=298&w=580&sz=62&hl=pt-BR&start=4&itbs=1&tbnid=JuEVKPO5ryFuUM:&tbnh=69&tbnw=134&prev=/images?q=carros+e+motores&hl=pt-BR&gbv=2&tbs=isch:1 -
7/24/2019 4 - Termodinmica - Fsica II
6/42
6
Conceitos Fundamentais
1. Sistema Termodinmico;
2. Fronteira;3. Vizinhana;4. Equilbrio de um STD;5. Quase - estaticidade;6. Tempo de relaxao;7. Estado de uma substncia;8. Mudana de estado;
9. Processos;10. Processo reversvel e irreversvel.
Prof. Roberto Claudino
Sistema
Vizinhana
Contornoou fronteira
-
7/24/2019 4 - Termodinmica - Fsica II
7/42
-
7/24/2019 4 - Termodinmica - Fsica II
8/42
-
7/24/2019 4 - Termodinmica - Fsica II
9/42
9
Propriedade dos STD
Qualquer caracterstica de um sistema que
pode ser determinada diretamente ouindiretamente por: P, V, T e m. Exemplos:Energia Interna (U) e a Entropia (S).
1. Intensiva: No depende do tamanho do STD.2. Extensiva (ou aditiva): Depende do tamanho
do STD.
Prof. Roberto Claudino
Tipos de Propriedades
-
7/24/2019 4 - Termodinmica - Fsica II
10/42
10
Propriedade dos STD
Dividindo o STD em duas partes iguais.Propriedades Intensivas continuaro com
seus valores iniciais.Propriedades Extensivas tero seusvalores divididos em dois.
Prof. Roberto Claudino
ExtensivasmVPT
STD
1/2m1/2VPT
STD1 STD2
1/2m1/2VPT
Intensivas
-
7/24/2019 4 - Termodinmica - Fsica II
11/42
11
Leis da TermodinmicaSo quatro os princpios, postulados ou
Leis da Termodinmica.
Se dois corpos A e B esto separadamente
em equilbrio trmico com um terceiro corpo C,A, B e C esto em equilbrio entre si.
Prof. Roberto Claudino
Lei Zero da Termodinmica:
A BC
A BC
A BC
-
7/24/2019 4 - Termodinmica - Fsica II
12/42
12
Fundamentado no princpio da
conservao da energia.A variao da energia interna (U) de um
sistema dada pela diferena entre o calor
trocado com o ambiente (Q) e o trabalhorealizado no processo termodinmico (W).
Prof. Roberto Claudino
1 - Lei da Termodinmica:
WQU
WQdU
http://www.fisicareal.com/A%201%C2%AA%20Lei%20da%20Termodin%C3%A2mica.pps -
7/24/2019 4 - Termodinmica - Fsica II
13/42
-
7/24/2019 4 - Termodinmica - Fsica II
14/42
Gs Real e Gs Ideal
Trs grandezas: Presso, Temperatura e
Volume que determinam o estado de umgs.
Na verdade no existe gs ideal.
Os gases reais ( ) sobpequenas presses e altas temperaturasapresentam comportamento de gs ideal,
que so aqueles que obedecem as leis dastransformaes gasosas.
etcarHO ,,, 22
15Prof. Roberto Claudino
-
7/24/2019 4 - Termodinmica - Fsica II
15/42
Lei dos Gases IdeaisP = Presso;
V = volume;n = n de mols;
R = Constante para os gases ideais;
R = 8,31 J/mol.K;T = Temperatura;
N = n de molculas de uma amostra;
NA= n de Avogadro = 6.02 x 10 /mol;K = Constante de Boltzmann.
nRTPV
16Prof. Roberto Claudino
AN
N
n
AN
Rk
-
7/24/2019 4 - Termodinmica - Fsica II
16/42
-
7/24/2019 4 - Termodinmica - Fsica II
17/42
-
7/24/2019 4 - Termodinmica - Fsica II
18/42
-
7/24/2019 4 - Termodinmica - Fsica II
19/42
-
7/24/2019 4 - Termodinmica - Fsica II
20/42
-
7/24/2019 4 - Termodinmica - Fsica II
21/42
P I b i
-
7/24/2019 4 - Termodinmica - Fsica II
22/42
Processo Isobrico
Mesma presso ( presso constante).
Pela equao geral dos gases ideais.
23Prof. Roberto Claudino
teconsT
VP
T
VP
tan2
22
1
11
2
2
1
1
T
V
T
V
tmcQ p
A quantidade de calortrocada entre o meio
ambiente e o gs pode sercalculada com:
Cp = calor especfico do gs.
-
7/24/2019 4 - Termodinmica - Fsica II
23/42
-
7/24/2019 4 - Termodinmica - Fsica II
24/42
-
7/24/2019 4 - Termodinmica - Fsica II
25/42
2 P bl S b d i i t d
-
7/24/2019 4 - Termodinmica - Fsica II
26/42
27Prof. Roberto Claudino
constante VP
2 Problema: Sabendo que a energia interna deum gs depende s da temperatura, temos que:
Considerando um processo onde a presso constante. Prove que:
dTncdUv
-
7/24/2019 4 - Termodinmica - Fsica II
27/42
P C li
-
7/24/2019 4 - Termodinmica - Fsica II
28/42
Processo CclicoQuando o sistema retorna ao seuestado inicial, aps realizar umasrie de transformaesintermedirias.
29Prof. Roberto Claudino
WQdU 0
W>0, o calor que o sistema recebe do ambiente totalmente transformado em trabalho. Asmquinas trmicas um exemplo.
W
-
7/24/2019 4 - Termodinmica - Fsica II
29/42
-
7/24/2019 4 - Termodinmica - Fsica II
30/42
4 Problema: Suponha que 1 80 mol de gs ideal
-
7/24/2019 4 - Termodinmica - Fsica II
31/42
4 Problema: Suponha que 1,80 mol de gs ideal levado de um volume de 3,0 m para umvolume de 1,5 m atravs de uma compresso
isotrmica a 30 C (a) Qual o calor transferidodurante a compresso e (b) o calor absorvidoou cedido pelo gs?
32Prof. Roberto Claudino
-
7/24/2019 4 - Termodinmica - Fsica II
32/42
-
7/24/2019 4 - Termodinmica - Fsica II
33/42
-
7/24/2019 4 - Termodinmica - Fsica II
34/42
-
7/24/2019 4 - Termodinmica - Fsica II
35/42
-
7/24/2019 4 - Termodinmica - Fsica II
36/42
Enunciado de Kelvin Planck
-
7/24/2019 4 - Termodinmica - Fsica II
37/42
38Prof. Roberto Claudino
Enunciado de Kelvin Planck
impossvel construir uma mquina trmica,que em ciclos, produza trabalho pela troca decalor com uma nica fonte trmica ou que
converta totalmente calor em trabalho.
Kelvin Plank
http://www.google.com.br/imgres?imgurl=http://lettres-histoire.ac-rouen.fr/histgeo/img_revo_indus/lord_kelvin.jpg&imgrefurl=http://lettres-histoire.ac-rouen.fr/histgeo/imperialisme_europeen.htm&h=424&w=350&sz=76&tbnid=8GeHUprAwpwuaM::&tbnh=126&tbnw=104&prev=/images?q=Fotos+de+Lord+Kelvin&hl=pt-BR&usg=__9nHrE_pKhnm5kozVNms9PP2GC-o=&ei=ACQKSor1JqKdlQeG_fnsCw&sa=X&oi=image_result&resnum=4&ct=image -
7/24/2019 4 - Termodinmica - Fsica II
38/42
-
7/24/2019 4 - Termodinmica - Fsica II
39/42
8 Problema: Uma mquina de Carnot opera
-
7/24/2019 4 - Termodinmica - Fsica II
40/42
41Prof. Roberto Claudino
8 Problema: Uma mquina de Carnot operaentre as temperaturas TQ=850K e TF= 300K
A mquina realiza 1200J de trabalho emcada ciclo, que leva a 0,25s. (a) Qual aeficincia da mquina? (b) Qual a potencia
mdia da mquina? (c) Qual a energia |Qq|extrada em forma de calor da fonte quente acada ciclo? (d) Qual a energia |Qf| liberada
em forma de calor para a fonte fria a cadaciclo?
3 Lei da Termodinmica:
-
7/24/2019 4 - Termodinmica - Fsica II
41/42
42
Teorema de Nerst: Para todas assubstncias a zero grau absoluto (T = 0 K
ou -273C) a entropia zero (S=0).
Deste teorema se deduz a 3 Lei.
Ozero absoluto impossvel de ser alcanadoem um processo finito, e s possvel
aproximar assintoticamente.
Prof. Roberto Claudino
3 - Lei da Termodinmica:
-
7/24/2019 4 - Termodinmica - Fsica II
42/42