TERMODINÂMICATERMODINÂMICA

TERMODINÂMICATERMODINÂMICAOBJETO: As transferências de energia e

suas transições de uma forma para outra.

Ec+EpU

Grandezas Físicas•Força;•Pressão;•Temperatura;•Trabalho;•Calor;•Energia

Força

dtvdmF

amF

.

Unidade SI= Newton Kg.m/s2

PressãoFn

AnFP

.

Unidade SI – Pa – N/m2

Temperatura•Medida da energia interna do corpo;•Diferentes escalas de uso : Celsius e Kelvin

Fahrenheit e Rankin

•Em termodinâmica usa-se as temperaturas absolutas!•Diferenças de temperatura dão origem ao fluxo de Calor;

TemperaturaTabela 1 – Conversão de Unidades de

Temperatura T(K) = 273,15 + T( oC)

T(R) = 1,8 T(K) T(oF) = T(R) - 459,67

T(oC) = 1.8T( oC) +32

Calor•Surge do desequilíbrio térmico entre o sistema e as vizinhanças;

•È transiente, dura enquanto persistir o desequilíbrio térmico;

•Calor surge apenas nas fronteiras do Sistema;

Calor surge apenas durante uma mudança de estado do Sistema;

•O Calor se manifesta como uma mudança no estado térmico das vizinhanças do Sistema;

•O Calor é uma grandeza escalar. É positivo quando entra no sistema e negativo quando sai do sistema para as vizinhanças.

Definições

Sistema

Fronteiras

Vizinhanças

Convenção para o calor

Q

-Q

T1

T2

Condição 21 TT

Calor

Não haverá desenvolvimento de calor:

•Sistemas adiabáticos;

•T1 = T2

Nesses casos, Q=0

Trabalho

lFF

dlFdW.´

´

AdVdl

APF

.

2

1

V

V

PdVW

Trabalho•Trabalho surge apenas nas fronteiras do Sistema;

•Trabalho surge apenas durante uma mudança de estado do Sistema;

•O Trabalho se manifesta como uma mudança nas vizinhanças do Sistema;

•O Trabalho é uma grandeza escalar. É positivo quando entra no sistema e negativo quando é exercido pelo sistema.

Convenção para o trabalhoConvenção para o trabalho

+W

-W

T2

ExemploExemplo

Q

P

WW

TT

U = Q+WU = Q+W

Diagrama PVDiagrama PVTrabalho Realizado nas Fronteiras por um fluido sofrendo compressão de um volume inicial V1, para o Volume V2, com aumento da pressão de P1 para P2. O trabalho realizado é dado pela área sombreada.

Trabalho e calor não são grandezas de estado!!!!

2

1

V

V

PdVW

Novas Novas definiçõesdefinições•Estado do Sistema: é uma condição bem estabelecida das Estado do Sistema: é uma condição bem estabelecida das propriedades físicas que definem termodinamicamente o propriedades físicas que definem termodinamicamente o sistema (tipicamente, P,V e T);sistema (tipicamente, P,V e T);

•Caminho: é a sequência de estados intermediários que o Caminho: é a sequência de estados intermediários que o sistema assume entre um estado inicial e um estado final;sistema assume entre um estado inicial e um estado final;

•Processo: método de operação para levar o sistema de um Processo: método de operação para levar o sistema de um estado a outro:refere-se às fronteiras, ao caminho utilizado, ás estado a outro:refere-se às fronteiras, ao caminho utilizado, ás modificações das vizinhanças, etc....modificações das vizinhanças, etc....

VisualizaçãoP

V

P1,V1,T1P1,V1,T1

P2,V2,T2P2,V2,T2

Processo de expansão

IsotérmicaEstados Estados

CaminhoCaminho

EnergiaEnergia•Primeiro princípio da termodinâmicaPrimeiro princípio da termodinâmica: A energia total do sistema e das vizinhanças se conserva.

(energia do sistema) = (energia do sistema) = (energia interna - (energia interna - U)+ U)+ (energia cinética-(energia cinética-Ec )+ Ec )+ (energia potencial -(energia potencial -Ep) Ep)

(energia das vizinhanças)= Q – W (energia das vizinhanças)= Q – W

Logo:Logo:

U+U+Ec+Ec+Ep = Q – W Ep = Q – W

OuOu

U+U+Ec+Ec+Ep = Q + WEp = Q + W

Sistemas abertos e fechadosSistemas abertos e fechadosAbertoAberto FechadoFechado

Permite a Permite a entrada e saída entrada e saída

de massade massa

Não permite o fluxo Não permite o fluxo de massade massa

Equação da Energia Equação da Energia Interna e sistemas Interna e sistemas

fechadosfechados•Normalmente se despreza os termos Normalmente se despreza os termos cinéticos e potencial, surgindo a forma cinéticos e potencial, surgindo a forma funcional mais usual do primeiro princípio: funcional mais usual do primeiro princípio:

U = Q – WU = Q – W ouou

U = Q + WU = Q + W

Como saber?Como saber?CALORCALOR TRABALHOTRABALHO

Calor que entra no Calor que entra no sistema aumenta a sistema aumenta a energia internaenergia interna

Trabalho recebido Trabalho recebido pelo sistema pelo sistema aumenta a energia aumenta a energia internainterna

Calor que sai do Calor que sai do sistema diminui a sistema diminui a energia internaenergia interna

Trabalho realizado Trabalho realizado pelo sistema diminui pelo sistema diminui a energia internaa energia interna

Calor e Trabalho Calor e Trabalho dependem do caminho dependem do caminho

•Logo:

PdVdWW

dQQ

Trabalho

PP

V

PdVW

EntalpiaEntalpia

)(PVUHPVUH

Energia Energia totaltotal

Observação

U e U e H são grandezas de estado, H são grandezas de estado, independem da trajetória!independem da trajetória!•Q e W não são grandezas de estado, Q e W não são grandezas de estado, dependem da trajetória, mas Q + W não.dependem da trajetória, mas Q + W não.

Situações Particulareslume CteCtelume CteCte Pressão CtePressão Cte

),()()(

cteVUQnVPddQUd

),( ctePHQ

Volume Cte

Pressão Cte

Capacidade Calorífica ou Calor Específico

p

v

THCp

TUCv

dTdQC

Calor em função de T

2

1

2

1

)(

)(

T

T

T

T

CpdTPcteQ

CvdTVcteQ

ΔU = Q – WH = U + PV

ΔH = ΔU + Δ(PV)Volume

ConstantePressão Constante

Q=ΔU Q=ΔU

Q(Vcte) – ƒ CvdT Q(Pcte) – ƒ CPdT

T2

T1

T2

T1