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Termologiaresumo

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Termologiaresumo

  1. 1. 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: τ = p.∆V τ = trabalho realizado pelo gás P = 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) Exercícios 1. 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 área Propriedade: "O trabalho é numericamente igual à área, num gráfico da pressão em função da variação do volume." P τ ≅ área τ = área V1 V2 V
  2. 2. Exercícios 1. 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. ∆U = n.R.∆T A energia interna de um gás é função diretamente da temperatura. ΔU >0 , temperatura aumenta ΔU <0 , temperatura diminui 1ª Lei da termodinâmica Estabelece 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
  3. 3. ∆U = Q − τ Q = quantidade de calor (J) ∆ U = variação da energia interna (J) τ = trabalho (J) Q (absorvido) > 0 e Q ( cedido) < 0 τ (expansão) > 0 e τ (compressão) < 0 Balanço Energético Q (absorvido) > 0 Q ( cedido) < 0 Não troca calor Q= 0 (transformação adiabática) τ (expansão) > 0 τ (compressão) < 0 não realiza nem recebe trabalho τ = 0 (transformação isométrica) ΔU >0 , temperatura aumenta ΔU <0 , temperatura diminui Não aumenta e diminui a energia interna ΔU = 0 (transformação isotérmica) Exercícios 1. 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.
  4. 4. τ = Q1 − Q2 Q1 = quantidade de calor fornecida para a máquina térmica. τ = trabalho obtido Q2 = quantidade de calor perdida. Rendimento da máquina térmica : é a relação entre o trabalho realizado devido ao fornecimento de calor de uma fonte quente. τ Q2 η= η = 1− Q1 Q1 Exercícios 1. 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 Carnot É 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 T2 η = 1− T1 Portanto, Carnot demonstrou que, nesse ciclo, as quantidades de calor trocadas com as fontes quente e fria são proporcionais as respectivas temperaturas.
  5. 5. Q1 Q2 = T1 T2

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