Estados e processos. Sistemas hidrostáticos. Diagramas de ...hal9k.ifsc.usp.br/~smaira/Graduação/6º Semestre/Termodinâmica... · Sistemas termodinâmicos simples Termodinâmica

� Estados e processos.

� Sistemas hidrostáticos.

� Diagramas de estado para

substâncias puras.

� Equações de estado.

Sistemas termodinâmicos simples

Termodinâmica – 2010/02 Prof. Jair C. C. Freitas –Depto. de Física / UFES

Equilíbrio termodinâmico


� Equilíbrio termodinâmico:

� Equilíbrio mecânico: não há forças desbalanceadas atuando em

qualquer parte do sistema ou no sistema como um todo.

� Equilíbrio térmico: não há diferenças de temperatura entre as partes

do sistema ou entre o sistema e as suas vizinhanças.

� Equilíbrio químico: não há reações químicas ocorrendo dentro do

sistema e não ocorre movimento de qualquer componente de uma

parte do sistema para outra.

Heat and Thermodynamics, Zemansky

� Estado de equilíbrio: valores bem definidos e constantes (não variando com

o tempo) das coordenadas termodinâmicas.

� Sistema isolado: sistema não influenciado de forma alguma pela interação

com as suas vizinhanças.

� Mudança de estado: alteração das coordenadas termodinâmicas, de forma

espontânea ou por influência externa.

� As mudanças de estado ocorrem sempre que um sistema tem seu estado de

equilíbrio perturbado, até que um novo estado de equilíbrio seja alcançado.

� Não-equilíbrio: Se as condições de equilíbrio não forem satisfeitas, os

estados atravessados pelo sistema não poderão ser descritos em termos de

coordenadas termodinâmicas correspondendo ao sistema como um todo.






http://universe-review.ca/R13-09-thermodynamics.htm

Equilíbrio global Equilíbrio local Desequilíbrio

� Quando as coordenadas termodinâmicas do sistema são alteradas, o estado do sistema

muda e diz-se que ocorreu um processo.

� Se o processo é conduzido de forma tão lenta que em cada instante o sistema está

apenas infinitesimalmente separado de um estado de equilíbrio, o processo é chamado

de quase-estático.

� Assim, um processo quase-estático aproxima-se muito de uma sucessão de estados de

equilíbrio.

� Se ocorrerem separações finitas com relação aos estados de equilíbrio, o processo é chamado

de não-quase-estático.

� Um processo cujo sentido pode ser revertido por uma alteração infinitesimal em uma ou

mais coordenadas termodinâmicas do sistema é chamado de reversível.

� Processo reversíveis são necessariamente quase-estáticos, mas um processo quase-estático

pode ser irreversível (quando há efeitos dissipativos, por exemplo).

Processos


Thermodynamics…, Sears & Salinger

� Exemplos de processos quase-estáticos:

� Aquecimento com diferenças infinitesimais de temperatura

entre o sistema e as vizinhanças.

� Expansão com diferenças infinitesimais de pressão entre o

sistema e as vizinhanças.

Processos


� Estados de equilíbrio e processos quase-estáticos são

representados graficamente por diagramas de estados.

� Estados de equilíbrio são representados por pontos.

� Processos quase-estáticos são representados por linhas

ligando dois estados.

Diagramas de estados


� Encontra-se experimentalmente que as coordenadas termodinâmicas de um

sistema não podem assumir valores arbitrários e independentes.

� As coordenadas termodinâmicas de um sistema são relacionadas por meio

de equações de estado.

Equações de estado


, , ,...,( ) 0X Y Zf θ =

� Exemplos de equações de estado:

Pv R= θ Gás ideal

2( )

aP

vbv R

+ − =

θ Gás de van der Waals

HM C=

θLei de Curie (materiais paramagnéticos)

� Qualquer sistema com massa constante que exerça sobre as suas vizinhanças uma

pressão uniforme, na ausência de efeitos gravitacionais, superficiais, elétricos ou

magnéticos, é chamado de sistema hidrostático.

� Tipos de sistemas hidrostáticos:

� Substâncias puras.

� Misturas homogêneas (uma única fase).

� Misturas heterogêneas (mais de uma fase).

� Os sistemas hidrostáticos são descritos por apenas três coordenadas termodinâmicas:

� Pressão (P).

� Volume (V) ou volume específico (v).

� Temperatura (θ).

� Equações de estado para sistemas hidrostáticos:

Sistemas hidrostáticos



, ,( ) 0P vf θ =

� A equação de estado de um sistema hidrostático define a equação de uma

superfície tridimensional.

� Exemplo:

� Gás ideal.

Superfícies Pvθθθθ


http://web.inc.bme.hu/csonka/csg/oktat/english/gaslaws.htm

Pv R= θ

Substâncias puras


Fundamentos da Termodinâmica Clássica, Van Wylen & Sontag

Substâncias puras


Fundamentos da Termodinâmica Clássica, Van Wylen & Sontag

Substâncias puras


http://web.mit.edu/16.unified/www/FALL/thermodynamics/notes/node61.html

� Mudanças de fase:� Exemplo: Vaporização da água.

� Curva de pressão de vapor:

Substâncias puras



� Mudanças de fase à temperatura constante:

� Isotermas em um diagrama PV.

A: vapor insaturado.

AB: compressão isotérmica.

B: vapor saturado.

BC: condensação isotérmica e isobárica

C: líquido saturado.

CD: compressão isotérmica.

Substâncias puras



� Mudanças de fase à pressão constante:

Diagrama Pθθθθ para a água


http://math.nyu.edu/~gladish/teaching/eao/week2.html

Diagrama Pθθθθ para o CO2


http://www.teamonslaught.fsnet.co.uk/co2_info.htm


Comportamento supercrítico do CO2

http://www.crystecpharma.com/index.php?id=23

http://www.absoluteastronomy.com/topics/Supercritical_fluid

Comportamento supercrítico do CO2


http://www.youtube.com/watch?v=yBRdBrnIlTQ&feature=fvw

Diagrama Pθθθθ para o carbono


http://en.wikipedia.org/wiki/Carbon

Diagramas de fases em equilíbrio


Ferro Sílica (SiO2)

http://www.nature.com/nature/journal/v412/n6844/full/412290a0.htmlhttp://www.quartzpage.de/gen_mod.html

Bibliografia e links sugeridos:

� “Calor e Termodinâmica”, M. W. Zemansky, 5a ed., Guanabara Dois, Rio de

Janeiro, 1978.

� “Termodinâmica, Teoria Cinética e Termodinâmica Estatística”, F. W. Sears &

G. L. Salinger. Guanabara Dois, Rio de Janeiro, 1979.

� “Fundamentos da Termodinâmica Clássica”, G. Van Wylen & R. E. Sontag,

Edgar Blücher, 1976.

� “The International Temperature Scale of 1990”, H. Preston-Thomas,

Metrologia 27, 3-10 (1990).

� http://web.mit.edu/16.unified/www/FALL/thermodynamics/notes/node12.html.

� http://web.mit.edu/16.unified/www/FALL/thermodynamics/notes/node61.html.

� http://en.wikipedia.org/wiki/Supercritical_fluid.


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