TERMODINÂMICA"A termodinâmica estuda as relações entre energia térmica (calor) trocada e energia mecânica

(trabalho) realizada numa transformação de um sistema."

Trabalho realizado por um gás"Quando aplicamos uma força sobre um corpo, provocando um deslocamento, estamos gastando

energia na forma mecânica a qual denominamos de trabalho."

Em um sistema termodinâmico quem exerce a força é o gás e o deslocamento é feito pelo embolo ao sofrer variação de volume. Portanto o trabalho termodinâmico é expresso pela equação:

Vp ∆= .ττ = trabalho realizado pelo gásP = pressão exercida pelo gás∆ V = variação do volume∆ V = V2 - V1

Na expansão, Vfinal > Vinicial → τ > 0(o gás realiza trabalho)

Na compressão, Vfinal < Vinicial → τ < 0(o gás recebe trabalho do meio exterior)

Exercícios1. Numa transformação sob pressão constante de 800 N/m2, o volume de um gás ideal se altera de

0,020 m3 para 0,060 m3. Determine o trabalho realizado durante a expansão do gás.2. Um gás ideal , sob pressão constante de 2.105 N/m2, tem seu volume reduzido de 12.10-3 m3 para

8.10-3 m3. Determine o trabalho realizado no processo.3. Sob pressão constante de 50 N/m2, o volume de um gás varia de 0,07 m3 a 0,09 m3. A) o

trabalho foi realizado pelo gás ou sobre o gás pelo meio exterior? B) Quanto vale o trabalho realizado?

Trabalho pela áreaPropriedade:"O trabalho é numericamente igual à área, num gráfico da pressão em função da variação do volume." P

τ = área V1 V2 V

área≅τ

Exercícios1. As figuras representam a transformação sofrida por um gás. Determinar o trabalho realizado de

A para B em cada processo.

a) P (N/m2) A B 20

0 5 V (m3)

b) P (N/m2)

A 30 B 0 6 V (m3)

c) P (N/m2)

A B 10 ......... 0 2 5 V (m3)

Energia Interna

É a energia, sob qualquer forma, que o sistema termodinâmico, armazena dentro de si.É dada pela soma das energias (em grande parte energia potencial, energia cinética e energia de

rotação) de todas as moléculas que compõem o gás, dada pela expressão abaixo.

TRnU ∆=∆ ..A energia interna de um gás é função diretamente da temperatura.

ΔU >0 , temperatura aumentaΔU <0 , temperatura diminui

1ª Lei da termodinâmicaEstabelece a equivalência entre energia térmica (calor) e energia mecânica (trabalho), baseando-

se no princípio da conservação de energia que diz: “A energia não pode ser criada nem destruída, mas somente transformada de uma espécie em outra”.

Q ∆ U τ

τ−=∆ QU

Q = quantidade de calor (J)∆ U = variação da energia interna (J)τ = trabalho (J)

Q (absorvido) > 0 e Q ( cedido) < 0τ (expansão) > 0 e τ (compressão) < 0

Balanço Energético

Q (absorvido) > 0 Q ( cedido) < 0Não troca calor Q= 0 (transformação adiabática)

τ (expansão) > 0 τ (compressão) < 0não realiza nem recebe trabalho τ = 0 (transformação isométrica)

ΔU >0 , temperatura aumentaΔU <0 , temperatura diminuiNão aumenta e diminui a energia interna ΔU = 0 (transformação isotérmica)

Exercícios1. Num dado processo termodinâmico, certa massa de um gás recebe 260 joules de calor de uma

fonte térmica. Verifica-se que nesse processo o gás sofre uma expansão, tendo sido realizado um trabalho de 60 joules. Determine a variação da energia interna.

2. Um gás recebe um trabalho de 150 J e absorve uma quantidade de calor de 320 J. Determine a variação da energia interna do sistema.

3. Durante um processo, são realizados 100 J de trabalho sobre um sistema, observando-se um aumento de 50 J em sua energia interna. Determine a quantidade de calor trocada pelo sistema, especificando se foi adicionado ou retirado.

4. São fornecidos 14 J para aquecer certa massa de gás a volume constante. Qual a variação na energia interna do gás?

2ª Lei da termodinâmica

Estabelece as condições onde é possível a transformação de energias (térmica e mecânica). O trabalho pode converter-se totalmente em calor, porém o calor não pode converter-se totalmente em trabalho.

Essa transformação é conseguida por meio de uma maquina térmica.

21 QQ −=τQ1 = quantidade de calor fornecida para a máquina térmica.τ = trabalho obtidoQ2 = quantidade de calor perdida.

Rendimento da máquina térmica : é a relação entre o trabalho realizado devido ao fornecimento de calor de uma fonte quente.

1Q

τη = 1

21Q

Q−=η

Exercícios1. Uma máquina térmica recebe 100 joules de energia, mas devido às perdas por aquecimento, ela

aproveita somente 50 joules. Determine o rendimento dessa máquina.2. Um motor elétrico recebe 80 J de energia, mas aproveita efetivamente apenas 60 J. Qual é o

rendimento do motor?3. Uma máquina térmica, em cada ciclo, rejeita para a fonte fria 240 joules dos 300 joules que

retirou da fonte quente. Determine o trabalho obtido por ciclo nessa máquina e o seu rendimento.

4. O rendimento de uma máquina térmica é 60%. Em cada ciclo dessa máquina, o gás recebe 800 joules da fonte quente. Determine: a) o trabalho obtido por ciclo; b) a quantidade de calor que, em cada ciclo, é rejeitada para a fonte fria.

5. Uma máquina térmica tem 40% de rendimento. Em cada ciclo, o gás dessa máquina rejeita 120 joules para a fonte fria. Determine: a) o trabalho obtido por ciclo nessa máquina; b) a quantidade de calor que o gás recebe, do ciclo, da fonte quente.

Ciclo de CarnotÉ um ciclo que proporcionaria rendimento máximo a uma maquina térmica. Ele é composto de

duas transformações adiabáticas e duas isotérmicas, e apresenta um trabalho positivo.

de A para B: expansão isotérmica: recebe calor da fonte quente.de B para C: expansão adiabática: realiza trabalho e a temperatura diminui.de C para D: compressão isotérmica: parte calor é rejeitado para uma fonte fria.de A para B: compressão adiabática: temperatura aumenta e inicia o ciclo.

Rendimento: é função somente da temperatura

1

21T

T−=η

Portanto, Carnot demonstrou que, nesse ciclo, as quantidades de calor trocadas com as fontes quente e fria são proporcionais as respectivas temperaturas.

2

2

1

1

T

Q

T

Q =