Termodinâmica é a ciência que trata
description
Transcript of Termodinâmica é a ciência que trata
![Page 1: Termodinâmica é a ciência que trata](https://reader035.fdocumentos.tips/reader035/viewer/2022081512/568165e1550346895dd90150/html5/thumbnails/1.jpg)
Termodinâmica é a ciência que trata
• do calor e do trabalho• das características dos sistemas e• das propriedades dos fluidos termodinâmicos
![Page 2: Termodinâmica é a ciência que trata](https://reader035.fdocumentos.tips/reader035/viewer/2022081512/568165e1550346895dd90150/html5/thumbnails/2.jpg)
Termodinâmica
1. Sistema - porção definida do espaço.
Ex. uma solução, uma célula, um cilindro
de gás, um corpo...
![Page 3: Termodinâmica é a ciência que trata](https://reader035.fdocumentos.tips/reader035/viewer/2022081512/568165e1550346895dd90150/html5/thumbnails/3.jpg)
Termodinâmica
2. Entorno - tudo que envolve o sistema.
Não tem limite. É o ambiente
Os sistemas podem variar de volume,
temperatura e energia.
Abertos/fechados.
![Page 4: Termodinâmica é a ciência que trata](https://reader035.fdocumentos.tips/reader035/viewer/2022081512/568165e1550346895dd90150/html5/thumbnails/4.jpg)
Termodinâmica
Os sistemas possuem dois tipos de
energia:
Energia Interna...
Potencial – é a composição química
Cinética – é o conteúdo de calor
![Page 5: Termodinâmica é a ciência que trata](https://reader035.fdocumentos.tips/reader035/viewer/2022081512/568165e1550346895dd90150/html5/thumbnails/5.jpg)
Termodinâmica
Os sistemas possuem dois tipos de
energia:
Energia Externa...Potencial – é dependente da altura do
sistema no Campo G. Cinética – é dependente da velocidade de deslocamento do sistema no espaço.
![Page 6: Termodinâmica é a ciência que trata](https://reader035.fdocumentos.tips/reader035/viewer/2022081512/568165e1550346895dd90150/html5/thumbnails/6.jpg)
Termodinâmica
Se o sistema é uma bomba, tanto faz ela
estar no alto (energia potencial externa),
como ser lançada (energia cinética externa),
que sua energia interna é a mesma até o
momento da explosão (a potencial, pelo
menos).
![Page 7: Termodinâmica é a ciência que trata](https://reader035.fdocumentos.tips/reader035/viewer/2022081512/568165e1550346895dd90150/html5/thumbnails/7.jpg)
Termodinâmica
Ep + Ec INT
Ec EXT
Distância
Altu
ra
Ep EXT
![Page 8: Termodinâmica é a ciência que trata](https://reader035.fdocumentos.tips/reader035/viewer/2022081512/568165e1550346895dd90150/html5/thumbnails/8.jpg)
m
Termodinâmica
Se um macaco come uma banana, no
alto de uma árvore, sobre o solo, correndo ou
parado, ele só aproveita a energia interna da
banana.
Se ele come a banana com casca faz
alguma diferença?
![Page 9: Termodinâmica é a ciência que trata](https://reader035.fdocumentos.tips/reader035/viewer/2022081512/568165e1550346895dd90150/html5/thumbnails/9.jpg)
Termodinâmica
Mais Energia
Menos Energia
![Page 10: Termodinâmica é a ciência que trata](https://reader035.fdocumentos.tips/reader035/viewer/2022081512/568165e1550346895dd90150/html5/thumbnails/10.jpg)
Prof º Ms. Clóvis PiáuHENEINE, I.F. Biofísica Básica, 2005.
Termodinâmica
A Energia Interna de um sistema pode ou não depender de Massa do sistema, pelo menos macroscopicamente. Com isso, classifica-se
Propriedades extensivas
Propriedade intensivas
![Page 11: Termodinâmica é a ciência que trata](https://reader035.fdocumentos.tips/reader035/viewer/2022081512/568165e1550346895dd90150/html5/thumbnails/11.jpg)
Termodinâmica
Propriedade intensivas (independem da massa).
1. pressão2. temperatura3. voltagem4. viscosidade
![Page 12: Termodinâmica é a ciência que trata](https://reader035.fdocumentos.tips/reader035/viewer/2022081512/568165e1550346895dd90150/html5/thumbnails/12.jpg)
Termodinâmica
Propriedade extensiva(dependem da massa)
1. volume2. quantidade de matéria3. densidade4. quantidade de energia
![Page 13: Termodinâmica é a ciência que trata](https://reader035.fdocumentos.tips/reader035/viewer/2022081512/568165e1550346895dd90150/html5/thumbnails/13.jpg)
Termodinâmica
1ª Lei:Descreve a conservação da energia.
Energia não pode ser criada ou destruída, mas somente convertida de uma forma em outra.
![Page 14: Termodinâmica é a ciência que trata](https://reader035.fdocumentos.tips/reader035/viewer/2022081512/568165e1550346895dd90150/html5/thumbnails/14.jpg)
Prof º Ms. Clóvis PiáuHENEINE, I.F. Biofísica Básica, 2005.
Termodinâmica
1ª Lei:Toda transformação de energia se
acompanha de energia térmica.
Qualquer forma de energia ou trabalho, pode ser totalmente convertida em calor.
![Page 15: Termodinâmica é a ciência que trata](https://reader035.fdocumentos.tips/reader035/viewer/2022081512/568165e1550346895dd90150/html5/thumbnails/15.jpg)
Termodinâmica
1ª Lei:
A energia do Universo é constante.
![Page 16: Termodinâmica é a ciência que trata](https://reader035.fdocumentos.tips/reader035/viewer/2022081512/568165e1550346895dd90150/html5/thumbnails/16.jpg)
O PRIMEIRO PRINCÍPIO DA TERMODINÂMICALei da conservação da energia: 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 é, sistema mais meio externo, conserva-se.
A ENERGIA INTERNA DE UM SISTEMA ISOLADO É CONSTANTE
wqU
![Page 17: Termodinâmica é a ciência que trata](https://reader035.fdocumentos.tips/reader035/viewer/2022081512/568165e1550346895dd90150/html5/thumbnails/17.jpg)
Sadi Carnot1796 - 1832
James Joule1818 - 1889
Rudolf Clausius1822 - 1888
Wiliam ThomsonLord Kelvin1824 - 1907
Emile Claupeyron1799 - 1864
Alguns ilustres pesquisadores que construiram a termodinâmica
![Page 18: Termodinâmica é a ciência que trata](https://reader035.fdocumentos.tips/reader035/viewer/2022081512/568165e1550346895dd90150/html5/thumbnails/18.jpg)
Nasceu em Salford - Inglaterra
James P. Joule(1818-1889)
Contribuição de James Joule.
1839 Experimentos: trabalho mecânico, eletricidade e calor.
1840 Efeito Joule : Pot = RI2
1843 Equivalente mecânico do calor ( 1 cal = 4,18 J)
1852 Efeito Joule-Thomson : decrescimo da temperatura de um gás em função da expansão sem realização de trabalho externo.
As contribuições de Joule e outros levaram ao surgimento de uma nova disciplina:
a Termodinâmica
Lei da Conservação
de Energia
1a Lei da
Termodinâmica
![Page 19: Termodinâmica é a ciência que trata](https://reader035.fdocumentos.tips/reader035/viewer/2022081512/568165e1550346895dd90150/html5/thumbnails/19.jpg)
Para entender melhor a
1a Lei de Termodinâmica
é preciso compreender as características dos sistemas termodinâmicos e os caminhos
“percorridos” pelo calor...
![Page 20: Termodinâmica é a ciência que trata](https://reader035.fdocumentos.tips/reader035/viewer/2022081512/568165e1550346895dd90150/html5/thumbnails/20.jpg)
Certa massa delimitada por uma fronteira.
Vizinhança do sistema.O que fica fora da
fronteira
Sistema fechadoSistema que não troca energia
nem massa com a sua vizinhança.
Sistema AbertoSistema que não troca massa com a vizinhança, mas permite passagem de calor e trabalho por sua fronteira.
Sistema Termodinâmico
![Page 21: Termodinâmica é a ciência que trata](https://reader035.fdocumentos.tips/reader035/viewer/2022081512/568165e1550346895dd90150/html5/thumbnails/21.jpg)
Transformação
P1
V1
T1
U1
P2
V2
T2
U2
Estado 1 Estado 2Transformação
Variáveis de estado
Variáveis de estado
![Page 22: Termodinâmica é a ciência que trata](https://reader035.fdocumentos.tips/reader035/viewer/2022081512/568165e1550346895dd90150/html5/thumbnails/22.jpg)
“Caminho” descrito pelo sistema na transformação .
Processos
P1
V1
T1
U1
P2
V2
T2
U2
Processos Durante a transformaçãoIsotérmico temperatura constanteIsobárico Pressão constante
Isovolumétrico volume constante
Adiabático É nula a troca de calor com a vizinhança.
![Page 23: Termodinâmica é a ciência que trata](https://reader035.fdocumentos.tips/reader035/viewer/2022081512/568165e1550346895dd90150/html5/thumbnails/23.jpg)
Transformações1a Lei da Termodinâmica
ΔU = U2 – U1
Variação Energia Interna
W > 0 → sistema realiza trabalho
W < 0 → sistema sofre trabalho
Q > 0 → sistema recebe calor
Q < 0 → sistema perde calor
1a Lei
Q = W + ΔU
Sistema Fechado
![Page 24: Termodinâmica é a ciência que trata](https://reader035.fdocumentos.tips/reader035/viewer/2022081512/568165e1550346895dd90150/html5/thumbnails/24.jpg)
Q = W + ∆U
GásExpansão nula
W = 0
Δ U = Q
ΔU depende apenas de ΔT.
ΔT = 0 → ΔU = 0ΔT > 0 → ΔU > 0ΔT < 0 → ΔU < 0
Como U é uma variável de
estado, ΔU não depende do processo.
Variação da Energia Interna
A energia interna de um gás é função apenas da temperatura absoluta T.
![Page 25: Termodinâmica é a ciência que trata](https://reader035.fdocumentos.tips/reader035/viewer/2022081512/568165e1550346895dd90150/html5/thumbnails/25.jpg)
O calor Q que passa pelas fronteiras do sistema depende do processo.
![Page 26: Termodinâmica é a ciência que trata](https://reader035.fdocumentos.tips/reader035/viewer/2022081512/568165e1550346895dd90150/html5/thumbnails/26.jpg)
∆V = V2 -V1
∆U = Q - W
Wdepende de
como a pressão e volume mudam
no processo.
W = F.d
F = Pr.S
W = Pr.S.d
W = Pr.ΔV
.
O trabalho que atravessa a fronteira
depende do processo?
![Page 27: Termodinâmica é a ciência que trata](https://reader035.fdocumentos.tips/reader035/viewer/2022081512/568165e1550346895dd90150/html5/thumbnails/27.jpg)
P1V1 = nRT1
Estado 1
no de moles
Constante dos gases
R = 8,31 J/mol.K = 2 cal/mol.K
Diagramas P x VGases ideais
1P1
V1
T1Como as variáveis de estado se relacionam?
Equação de estado
![Page 28: Termodinâmica é a ciência que trata](https://reader035.fdocumentos.tips/reader035/viewer/2022081512/568165e1550346895dd90150/html5/thumbnails/28.jpg)
1ª Lei da Termodinâmica
W = 0
Q = m CV (T2-T1)
Calor específico a volume constante
U = Q
∆V = 0
Transformação de 1 → 2
Volume invariávelIsovolumétrica
Processo isovolumétricoTransformação a volume constante
Q = W + U
![Page 29: Termodinâmica é a ciência que trata](https://reader035.fdocumentos.tips/reader035/viewer/2022081512/568165e1550346895dd90150/html5/thumbnails/29.jpg)
Q = + m CP (TB - TA)
calor específico a pressão constante
W = Po [VB-VA]
1ª Lei da TermodinâmicaQ = W + U
Transformação a pressão constante
Processo isobárico
![Page 30: Termodinâmica é a ciência que trata](https://reader035.fdocumentos.tips/reader035/viewer/2022081512/568165e1550346895dd90150/html5/thumbnails/30.jpg)
Êmbolo movimentado lentamente
∆U = 0 → ∆T=0
Transformação à temperatura constante
Q = W
Q = W + 0
Processo Isotérmico
![Page 31: Termodinâmica é a ciência que trata](https://reader035.fdocumentos.tips/reader035/viewer/2022081512/568165e1550346895dd90150/html5/thumbnails/31.jpg)
Movimento rápido do êmbolo.
Q = 0
W = - ∆U
Primeira Lei da TermodinâmicaQ = W + ∆U
Q = 0 → ∆U= - W
Compressão adiabática
Trabalho transforma-se em calor
Q = 0
O processo ocorre tão rapidamente que o
sistema não troca calor com o exterior.
WÁrea sob o grafico
Processo adiabáticoTransformação sem troca de calor
![Page 32: Termodinâmica é a ciência que trata](https://reader035.fdocumentos.tips/reader035/viewer/2022081512/568165e1550346895dd90150/html5/thumbnails/32.jpg)
3.- Wciclo = W = área 12341
Wciclo > 0 → Qciclo 0
O sentido do ciclo no diagrama PV : horário. O sistema recebe Q e entrega W
1a Lei da TermodinâmicaQciclo = Wciclo + ∆Uciclo
Qciclo = Wciclo
1.- ∆Uciclo = ∆U = 0 pois Tfinal = Tinicial
2.- Qciclo = Q
Processos cíclicos
![Page 33: Termodinâmica é a ciência que trata](https://reader035.fdocumentos.tips/reader035/viewer/2022081512/568165e1550346895dd90150/html5/thumbnails/33.jpg)
“Trabalham” em ciclos.
Máquinas Térmicas
![Page 34: Termodinâmica é a ciência que trata](https://reader035.fdocumentos.tips/reader035/viewer/2022081512/568165e1550346895dd90150/html5/thumbnails/34.jpg)
Fonte quenteFonte fria
Trabalho
Ciclo
De onde a máquina retira
calor QHot.
Para onde a máquina rejeita
calor QCold
A máquina de Denis Papin1647 - 1712
![Page 35: Termodinâmica é a ciência que trata](https://reader035.fdocumentos.tips/reader035/viewer/2022081512/568165e1550346895dd90150/html5/thumbnails/35.jpg)
Em cada ciclo
W = Q1-Q2
Eficiência = W/Q1= (Q1-Q2)/Q1
ε = [1 – Q2/Q1]
∆U = 0
Eficiência térmica: 1ªLei
![Page 36: Termodinâmica é a ciência que trata](https://reader035.fdocumentos.tips/reader035/viewer/2022081512/568165e1550346895dd90150/html5/thumbnails/36.jpg)
Refrigerador
12: compressão adiabática em um compressor 23: processo de rejeição de calor a pressão constante 34: estrangulamento em uma válvula de expansão (com a respectiva queda de pressão) 41: absorção de calor a pressão constante, no evaporador
Ciclo Refrigerador
![Page 37: Termodinâmica é a ciência que trata](https://reader035.fdocumentos.tips/reader035/viewer/2022081512/568165e1550346895dd90150/html5/thumbnails/37.jpg)
Qual o limite da eficiência de uma máquina térmica ?
ε = [1 – Q2/Q1]
Q1 → 0
ε → 1
É possível construir esta máquina?
ε → 100%
![Page 38: Termodinâmica é a ciência que trata](https://reader035.fdocumentos.tips/reader035/viewer/2022081512/568165e1550346895dd90150/html5/thumbnails/38.jpg)
A eficiência da Máquina de Carnot
No ciclo:
∆U=0 → W = Q1 - Q2
ε = W/Q1 = [Q1-Q2]/Q1 = 1 - Q2/Q1
Q2/Q1 = T2/T1
ε = (1 - Q2/Q1) = (1 - T2/T1)
ε = 1 - T2/T1
Princípio de Carnot"Nenhuma máquina térmica real, operando entre 2 reservatórios térmicos T1 e T2 , pode ser mais eficiente que a "máquina de Carnot" operando entre os mesmos reservatórios"
BC e DA = adiabáticas
Ciclo reversívelA máquina ideal de Carnot