Termodinâmica - .REVISÃO ENEM Termodinâmica Termodinâmica é o ramo da física que relaciona

  • View
    231

  • Download
    1

Embed Size (px)

Text of Termodinâmica - .REVISÃO ENEM Termodinâmica Termodinâmica é o ramo da física que relaciona

  • REVISO ENEM

    Termodinmica Termodinmica o ramo da fsica que relaciona as propriedades macroscpicas da matria com a energia trocada, seja ela sob a forma de calor (Q) ou de trabalho (W), entre corpos ou sistemas.

    INTERPRETAO MOLECULAR DA TEMPERATURA: De acordo com a teoria cintica dos gases, a temperatura do gs proporcional energia cintica mdia de suas molculas. A energia cintica mdia das molculas de um gs depende apenas de sua temperatura

    absoluta, no dependendo da natureza especfica do gs.

    EC = 3/2 k T (k = constante)

    Energia interna Energia interna (U) corresponde soma de vrias parcelas, tais como: energia cintica mdia das molculas, energia potencial de configurao (relacionada s foras intramoleculares), energia cintica de rotao das molculas e das partculas elementares presentes nos tomos, etc. Nos processos termodinmicos, a variao da energia interna, U, est sempre relacionada com a variao da temperatura absoluta, T, pois quando a

    Pgina 1

    com Prof. Vasco

  • temperatura varia, ocorre variao da energia cintica mdia das molculas de um gs.

    Lei de Joule A energia interna de uma dada massa de gs perfeito monoatmico depende exclusivamente de sua temperatura absoluta.

    A variao da energia interna (U) de uma dada massa de gs perfeito dada por:

    U = 3/2 n R T

    Trabalho nas transformaes gasosas Quando um gs sofre uma variao de volume V, durante uma transformao termodinmica, h a realizao de um trabalho W e, conseqentemente, troca de energia mecnica com o meio exterior. A realizao de trabalho durante uma transformao gasosa pode, ento, ser interpretada como uma medida de energia trocada pelo sistema gasoso com a vizinhana, sem a necessidade de uma diferena de temperatura. Para uma transformao isobrica, demonstra-se que o trabalho das foras de presso do gs dado por:

    W = p V Portanto, temos:

    Se o volume do gs aumenta, (expanso),o gs realiza trabalho contra o meio exterior

    V > 0 W > 0

    Se o volume do gs diminui (contrao), o gs recebe trabalho do meio

    exterior. V

  • OBSERVAO Pode-se obter o trabalho atravs do clculo da rea no diagrama de Clapeyron (p x V)

    PRIMEIRO PRINCPIO DA TERMODINMICA Durante uma transformao, o gs pode trocar energia com o meio ambiente sob duas formas: calor e trabalho. Como resultado dessas trocas energticas, a energia interna do gs pode aumentar, diminuir ou permanecer constante. O primeiro Princpio da Termodinmica , ento, uma Lei da Conservao de Energia.

    Aplicao do primeiro princpio s transformaes gasosas

    Pgina 3

    com Prof. Vasco

  • [I] transformao isobrica: o volume e a temperatura absoluta variam numa proporo direta, a energia interna do gs varia, isto U0. Portanto, pelo PPT, a quantidade de calor trocada Q e o trabalho realizado W so necessariamente diferentes:

    U 0 Q W [II] transformao isocrica: o volume permanece constante, a energia interna no varia.

    W = 0 Q = U [III] transformao isotrmica: a temperatura permanece constante, a energia interna no varia.

    U= 0 Q = W

    Observe que, para a transformao isotrmica de um gs, embora a temperatura permanece constante, ocorre troca de calor com o ambiente.

    Transformao adiabtica Chama-se adiabtica a transformao gasosa em que o gs no troca calor com o meio ambiente, seja porque o gs est termicamente isolado, seja porque o processo suficientemente rpido para que qualquer troca de calor possa ser considerada desprezvel.

    Q = 0 W = U

    expanso adiabtica a massa gasosa resfria compresso adiabtica a massa gasosa aquece

    Q W U

    Pgina 4

    com Prof. Vasco

  • isobrica

    isomtrica

    isotrmica

    adiabtica

    OBSERVAES A variao da energia interna U sofrida por um gs perfeito s depende dos

    estados inicial e final da massa gasosa; no depende do conjunto de transformaes que o gs sofreu, ao ser levado ao estado inicial ao estado final. (independe da trajetria)

    O trabalho realizado W e a quantidade de calor trocado com o ambiente Q dependem do caminho entre os estados inicial e final.

    Transformao cclica Um gs sofre uma transformao cclica ou realiza um ciclo quando a presso, o volume e a temperatura retornam aos seus valores iniciais, aps uma seqncia de transformaes. Portanto, o estado final coincide com o estado inicial, e a variao da energia interna U nula. Na transformao cclica, h equivalncia entre o trabalho realizado e a quantidade de calor trocada com a ambiente.

    ciclo horrio: o gs converte calor em trabalho: mquina trmica; ciclo anti-horrio: o gs converte trabalho em calor: refrigerador.

    Pgina 5

    com Prof. Vasco

  • SEGUNDO PRINCPIO DA TERMODINMICA Para haver converso contnua de calor em trabalho, um sistema deve realizar continuamente ciclos entre uma fonte quente e uma fonte fria, que permanecem em temperaturas constantes. Em cada ciclo, retirada uma certa quantidade de calor (Q1) da fonte quente, que parcialmente convertida em trabalho (W), sendo o restante (Q2) rejeitado para a fonte fria.

    Rendimento O rendimento de uma mquina trmica dado pela relao entre o trabalho (W) obtido dela (energia til) e a quantidade de calor (Q1) retirada da fonte quente (energia total):

    Rendimento mximo ciclo de Carnot

    Pgina 6

    com Prof. Vasco

  • Carnot demonstrou que o maior rendimento possvel para uma mquina trmica entre duas temperaturas T1 (fonte quente) e T2(fonte fria) seria o de uma mquina que realizasse um ciclo terico constitudo de duas transformaes isotrmicas e duas transformaes adiabticas alternadas. AB: expanso isotrmica (T1) BC: expanso adiabtica CD: compresso isotrmica (T2) DA: compresso adiabtica

    Ciclo Otto -> motor a quatro tempos (gasolina ou lcool)

    Esquema de um refrigerador

    Pgina 7

    com Prof. Vasco

  • A Compressor: a substncia refrigerante (freon, amnia, tetrafluoretano, etc.), entra no estado gasoso com baixa presso e sai com alta presso, j condensado. B Vlvula: um tubo estreito (capilar), que diminui a presso do vapor. C Radiador: serpentina externa (localizada na parte traseira), na qual o vapor se liquefaz, liberando calor para o ambiente. D Congelador: a substncia refrigerante no estado lquido se vaporiza ao absorver calor do interior da geladeira. O funcionamento de um refrigerador se baseia num processo de transferncia de calor de uma fonte fria para uma fonte quente. Esse processo no espontneo. necessrio uma energia externa, em forma de trabalho (no compressor), parta que esta transferncia possa ocorrer.

    Pgina 8

    com Prof. Vasco