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Trabalho de um gás sob pressão constante
Modelo: cilindro fechado com uma determinada quantidade de gás. Quando o gás recebe uma determinada
quantidade de calor (energia térmica) do meio externo, pode sofrer transformações.
Quando a transformação é feita à pressão constante, o trabalho que o gás exerce sobre o êmbolo para movimentá-lo para cima é dado por
� � �∆�
Pelo diagrama � � �, a área sob a curva calcula o mesmo trabalho
Trabalho de um gás sob pressão variável
Como em um diagrama � � �, a área sob a curva da transformação calcula o trabalho do gás, o mesmo vale para uma transformação com pressão variável
MUITO IMPORTANTE:
Quando o gás expande, � � 0, pois ∆� � 0
Quando o gás é comprimido, � 0, pois ∆�
0
Trabalho em um ciclo gasoso fechado
��� � 0, pois ∆� � 0
� � 0, pois ∆� 0
��� � �� � 0, pois ∆� � 0
������ � �������� � ��� � � �
Vale para qualquer formato de ciclo Sentido horário, ������ � 0
Sentido anti-horário, ������ 0
Energia Interna do Gás
A energia interna de um gás é a soma das energias cinéticas médias de todas as moléculas do gás, assim
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2�$∆%
Sua variação depende da variação da temperatura
∆� �3
2�$∆%
Como a energia interna depende diretamente da temperatura, ela também é uma variável de estado do gás. Assim, dois pontos em um diagrama � � � com a mesma temperatura, também terão a mesma energia interna.
1ª Lei da Termodinâmica
A energia térmica trocada em forma de calor por um gás pode ser convertida em trabalho e variação de energia interna. Como isso ocorre depende das características do processo.
& � � � ∆�
Ou∆� � & ' �
Cada transformação tem suas características
Isocórica: � � 0; & � ∆�
Isobárica: � � �∆�; & � � � ∆U
Isotérmica: ∆� � 0 ∆% � 0 ; & � �
Ciclo: ∆� � 0, & � �
2ª Lei da Termodinâmica – Máquinas Térmicas
Uma máquina térmica é um aparato que aproveita energia térmica de uma fonte para realizar trabalho. Na natureza, é impossível que toda a
energia absorvida por uma máquina seja totalmente convertida em trabalho.
Um pouco da energia absorvida sempre é rejeitada ao meio para uma outra fonte.
A fonte de onde a energia vem é chamada de FONTE QUENTE e a fonte que recebe a energia rejeitada é chamada de FONTE FRIA
Calor da fonte quente: &+
Calor para a fonte fria: &,
Trabalho realizado pela máquina:
� � &+ ' &,
Pela convenção de sinais&+ � 0
&, 0
2ª Lei da Termodinâmica – Máquinas Térmicas
Rendimento de uma máquina térmica
- ��
&+�
&+ ' &,
&+�1 ' &,
&+
Obs.: Máquinas frigoríficas e Entropia de um sistema serão trabalhadas em um aprofunda de Física!
Transformação especial - Adiabática
Uma transformação adiabática é aquela onde os estados de pressão, volume e temperatura de um gás são modificados sem troca de calor com o meio externo.
Assim, pela 1ª lei da termodinâmica& � � � ∆U
0 � � � ∆U
� � '∆�/0∆� � '�
Máquina ou Ciclo de Carnot
Carnot postulou em 1824 as características do que seria a máquina térmica ideal, ou seja, teórica. Nenhuma máquina operando entre duas
temperaturas pode ter rendimento maior que o rendimento da máquina de Carnot operando entre as mesmas duas temperaturas.
A máquina de Carnot terá o mesmo rendimento, operando entre duas temperaturas, para qualquer fluido operante.
O ciclo de Carnot é caracterizado por duas isotérmicas e duas adiabáticas.
Máquina ou Ciclo de Carnot
É considerado um ciclo ideal pois: Nas adiabáticas não há recebimento ou perda de
calor para o meio Nas isotérmicas não há variação de temperatura
(energia interna), logo & � �
A máquina de Carnot, então, é caracterizada TAMBÉM pelas temperaturas das suas duas isotermas.
Assim
&,
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