Biofísica - Termodinâmica

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TERMODINÂMICA

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  • TERMODINMICA

  • No incio, ocupou-se do estudo

    dos processos que permitiam

    converter calor em trabalho

    calor fora,

    movimento

    TERMODINMICA Termodinmica: Cincia

    do calor, do trabalho e das propriedades das substncias que esto relacionadas com calor e trabalho.

  • Sistema termodinmico

    Uma certa poro de matria, que

    pretendemos estudar, suficientemente

    extensa para poder ser descrita por

    parmetros macroscpicos.

    Vizinhana do sistema

    Aquilo que exterior ao sistema e com

    o qual o sistema pode, eventualmente,

    trocar energia e/ou matria.

    Fronteira Superfcie fechada, real (uma parede,

    uma membrana, etc) ou abstracta

    (imaginada por ns), que separa o

    sistema da sua vizinhana.

  • Transferncia de energia de um meio quente para um meio frio.

    Sempre da temperatura mais alta para a mais baixa (Segunda Lei da Termodinmica)

    A transferncia de energia termina quando os

    dois meios atingem a mesma temperatura.

  • Calor a forma de energia que pode ser transferida de um corpo para outro unicamente como resultado da diferena de temperatura.

    Taxa de transferncia de energia = (Energia/Tempo)

  • TRABALHO: uma transferncia de energia que pode

    causar um movimento contra uma

    fora que se ope a esse movimento

    (w).

    CALOR: Transferncia de energia devida a uma diferena de temperatura

    entre o sistema e as vizinhanas (q).

    TRABALHO E CALOR

    UNIDADE: [J] = kg.m2.s-2

  • Calor sensvel: o calor causa uma variao da

    temperatura do sistema - variao da energia cintica

    (Haq).

    Calor latente: o calor no causa variao da

    temperatura do sistema - variao da energia potencial

    (Htr).

    tempo

    Tem

    per

    atu

    ra

    Htr

    Haq

    Haq

  • Determina que, quando dois sistemas em equilbrio termodinmico tm igualdade de temperatura com um terceiro sistema tambm em equilbrio, eles tm igualdade de temperatura entre si.

    Estabelece o que vem a ser um sistema em equilbrio termodinmico: dado tempo suficiente, um sistema isolado atingir um estado final - o estado de equilbrio termodinmico - onde nenhuma transformao macroscpica ser observada.

  • Equilbrio trmico Valor uniforme da temperatura (contacto trmico entre sub- sistemas)

    Equilbrio mecnico Valor uniforme da presso (no caso de gases).

    Equilbrio qumico Valor uniforme das concentraes qumicas.

  • Princpio da conservao da energia.

    Esse princpio assegura que a energia uma propriedade termodinmica.

    A energia em um sistema pode manifestar-se sob diferentes formas como calor e trabalho.

    A energia pode ser interconvertida de uma forma para outra, mas a quantidade total de energia do universo, isto , sistema mais meio externo, conserva-se.

    A ENERGIA INTERNA DE UM SISTEMA ISOLADO CONSTANTE

  • Entalpia a quantidade de energia em uma determinada reao.

    Podemos calcular o calor de um sistema atravs da variao de entalpia (H).

    A variao da Entalpia est na diferena entre a entalpia dos produtos e a dos reagentes, sendo assim, o calor de uma reao corresponde ao calor liberado ou absorvido em uma reao, e simbolizado por H.

  • Htotal = H final H inicial

    A variao da entalpia depende da temperatura, presso, estado fsico, nmero de mol e da variedade alotrpica (capacidade de um elemento qumico formar duas ou mais substncias simples diferentes) das substncias.

  • Estado padro: a substncia est

    pura a 1bar de presso

  • A Segunda Lei da Termodinmica assegura que a energia possui qualidade bem como quantidade, e que os processos reais ocorrem na direo da diminuio da qualidade da energia.

  • uma regio do espao ou uma quantidade de matria a ser estudada.

    Existem trs tipos de Sistemas: Fechado Aberto Isolado

  • Sistema

    isolado No troca energia nem matria

    com a sua vizinhana.

    Sistema

    fechado No troca matria com a sua

    vizinhana (pode trocar energia).

    Sistema

    aberto Troca matria com a sua

    vizinhana.

    Paredes mveis

    (contrrio: fixas)

    Permitem transferncia de

    energia na forma de trabalho

    mecnico.

    Paredes diatrmicas

    (contrrio: adiabticas) Permitem transferncia de

    energia na forma de calor.

    Paredes permeveis

    (contrrio: impermeveis) Permitem transferncia de

    matria.

  • Pisto

    Peso

    Gas

    Sistema (sistema fechado) MASSA no cruza a fronteira do sistema indicada pela linha tracejada.

    A MASSA est indicada pela rea cinza

    A fronteira pode se mover (o pisto pode ir para frente e para traz)

    Fronteira

    do Sistema

  • Exemplo: Gs contido num cilindro

    com uma parede mvel

    Parede mvel (mbolo)

    Superfcie lateral do

    cilindro

    Base do cilindro

    +

    +

    Fronteira: paredes do

    recipiente

    Sistema: gs num

    recipiente de parede

    mvel

    Vizinhana: ar exterior

    ao recipiente

  • Sistema Aberto A fronteira geralmente no se move.(pode mover-se).

    Massa e energia cruzam a fronteira.

    A rea de interesse apenas a regio dentro da fronteira (linha tracejada).

  • um sistema fechado onde nem energia nem massa cruzam a fronteira.

  • Grandeza que se mede com um termmetro.

    A temperatura lida no termmetro ao fim de um certo tempo (tempo de relaxao), quando A e B atingirem o equilbrio trmico.

  • Relao entre escalas de temperatura Celsius e Kelvin

    Escala Kelvin:

    15,273)()( CtKT

    Escala Celsius:

  • Sistema

    Q

    T T+T

    dTQ

    TQ

    CT

    0lim

    Capacidades Trmicas

    Quantidade de calor que necessrio fornecer ao sistema (lentamente), para que a temperatura do sistema aumente de 1 kelvin.

  • Presso: fora por unidade de rea independente da orientao da superfcie foras de presso sempre perpendiculares superfcie

    dAdF

    p

  • A equao de van de Waals (vdW) uma equao de estado (um modelo) para gases compostos de partculas que tem um volume diferente de zero e foras de interao (atrativas e repulsivas).

    A equao foi desenvolvida por Johanner Diderik van der Waals em 1873, baseado em uma modificao da lei dos gases ideais.

    A equao tem uma aproximao melhor para comportamento de gases em condies que ocorrem interaes entre as partculas.

  • onde P a presso do gs, a a medida da atrao entre as partculas, V o volume do gs, b representa o volume excludo pelas partculas, R a constante universal dos gases e T a temperatura (absoluta, em Kelvin). O valor de b est ligado ao raio atmico da partcula considerada, pois trata do volume excludo.

    RTbvv

    aP

    2

    v

    F

  • Wmximo = Wreversvel

    1. O sistema realiza trabalho mximo quando a presso for mxima;

    2. A presso externa nunca pode ser igual ou maior do que a interna, num trabalho de expanso;

    3. O trabalho mximo obtido quando a presso externa somente infinitesimalmente menor do que a presso interna;

    4. A presso interna (do gs) num trabalho de expanso no constante.