QUÍMICA
O 1° PRINCÍPIO DA TERMODINÂMICA.
ENERGIA E ENTALPIA
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Princípios Básicos da Termodinâmica Química: Energia Mecânica e Calor, Notas de estudo de Termodinâmica
Os princípios básicos da termodinâmica química, incluindo a relação entre energia mecânica e calor, as unidades de medida de energia e a importância de trabalho e calor na transformação de energia. O texto também discute as propriedades escalares e extensivas da energia mecânica e as variações de energia em sistemas fechados.
Tipologia: Notas de estudo
2022
1 / 67
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QUÍMICA
O 1° PRINCÍPIO DA TERMODINÂMICA.
ENERGIA E ENTALPIA
QUÍMICA
2.1 - Conversão de trabalho em energia mecânica.
Fig. 2.1.1. Trabalho de uma força
QUÍMICA
Sistema de massa
m
movido
por
uma
força livre de atritoforça livre de atrito,no
campo
de
gravidade
Fig 2 1 2 Conversão de trabalho em energia cinética e potencialFig. 2.1.2. Conversão de trabalho em energia cinética e potencial.
QUÍMICA
1
2
(^21)
(^22)
mgh
mgh
mv
mv
W
−
−
=
1
2
2
2
g
g
,
2
2
Ec
mv
=
Ep
mgh
=
2 (
)^
(^
)^
(^
)^
(^
) Ep
Ep
Ec
Ec
W
−
−
=
(
)^
(^
)^
(^
)^
(^
)^1
2
1
2
Ep
Ep
Ec
Ec
W
=
E
Ep
Ec
W
Δ = Δ + Δ =
ou
E
Ep
Ec
W
Δ = Δ + Δ =
QUÍMICA
2.2 - Conversão de trabalho em energia interna.
- P
Reservatório de trabalho
Fig. 2.2.1. Conversão de trabalho em energia interna.
QUÍMICA
(^
) h
h
mg
W
−
=
= diminuição da
Ep
do peso
No sistema a temperatura se eleva de
T
a 1
T
2
(^
) 1
2
h
h
mg
W
aplicado
=^
diminuição da
Ep
do peso
p^
1
2.
“Define-se trabalho, em termodinâmica, como energia trocadaentre o sistema e o meio externo, como conseqüência exclusiva deentre o sistema e o meio externo, como conseqüência exclusiva deuma força que atua entre esse sistema e o meio externo”.Não há trabalho interno em termodinâmicaNão há trabalho interno em termodinâmica.
energia cedida pelo sistema ao meio externo, sob forma
= W de trabalho (
W
realizado contra as forças externas).
energia recebida pelo sistema sob forma de trabalho (
W
−
W
g^
p^
realizado pelas forças externas contra o sistema).
QUÍMICA
d^
dê
i^
f^
i^
l^
t^
id d
l^
ífi
(^
) T C
dependência funcional entre capacidade calorífica e
temperatura.
(^
)^
T C
q = + calor recebido por um sistemaq = - calor transferido ao meio externo
QUÍMICA
Fig. 2.3.1. Experiência de Joule.
QUÍMICA
As quantidades de trabalho e de calor trocadas com o meio externo,é constante
em todas as transformações cíclicas
a razão entre o
é constante, em todas as transformações cíclicas, a razão entre otrabalho recebido e o calor cedido pelo sistema”
j^
l
W
W
joules^ cal
J
W q
W q
=
=
=
− −
⇒ J^
é o equivalente mecânico de calor
J^
= 4,1858 Joules cal
-
1 cal = 4 1858 joules 1
cal = 4,1858 joules
“Em toda transformação cíclica de um sistema, o trabalho quedesaparece no meio externo é substituído por uma quantidade dedesaparece no meio externo é substituído por uma quantidade decalor tal que 1cal = 4,1858 joules”
QUÍMICA
“A relação, , entre trabalho e calor constitui o 1º princípio datermodinâmica ou o princípio da conservação da energia”termodinâmica ou o princípio da conservação da energia .“A relação mostra que trabalho e calor são forma distintos damesma entidade a que se denomina energia e que esta se conservamesma entidade, a que se denomina energia, e que esta se conservaem todas as transformações”.“R
l^
t^
l^
d^
t^
f^
ã^
í li
ã^
ó
“Realmente, ao calor de uma transformação cíclica, não só osistema readquire o estado anterior como a quantidade total deenergia do universo (trabalho + calor) permanece inalterada”energia do universo (trabalho + calor) permanece inalterada .“Calor é energia trocada entre sistema e meio externo, por efeitoexclusivo de uma diferença de temperatura”exclusivo de uma diferença de temperatura.
1cal = 4,1858 joules
QUÍMICA
Fig. 2.4.1. A energia interna é função de estado.
g.
...
e e g
e^
é u ç o de es
do.
Sistema simples cujos estados fiquem determinados apenas porduas variáveis
sujeito a uma transformação cíclica representado
duas variáveis , sujeito a uma transformação, cíclica, representadona figura acima.
QUÍMICA
Representando
q^
e^
W pequenas quantidades de calor e de
ê
ð
ð
trabalho, têm-se, ao termo de um ciclo:
∫^
∫^
ðW
ðq∫
∫^
ðW
ðq (^
∫^
ðW
(^ ðq
∫^
-ðW
ðq
Como foi visto, a integral ao longo de um ciclo de uma diferencial
g^
g
exata é sempre nula. Por essa razão, o diferencial integrando
deve ser uma diferencial exata, que é representada por
(^
-ðW
ðq
deve se
u^
d^
e e c
e^
, que é
ep ese
d^
po
,sendo
U
necessariamente uma função termodinâmica
(^
U
(^^ dU
ðW
ðq
. Esta propriedade denomina-se energia interna do sistema.
(^
y
x
U
QUÍMICA
As equações (2.4), (2.5) são expressões analíticas do 1° princípio da
s equ ções (. ), ( .5) s o e p essões
c s do
p^
c p o d
termodinâmica e são válidos para um sistema que não troca matériacom o meio externo (sistema fechado).“A equação (2.6) mostra que a energia se conserva em toda atransformação pois o acréscimo
de energia interna do
U
sistema é igual à energia
perdida pelo meio externo”.
(^
W
q
QUÍMICA
e o acréscimo da energia interna do sistema
U
U
U
1 − 2
=
Δ
U
U
U
U
1
2
U
U
1
2
U
U
<
−
calor recebido pelo sistema.
Calor cedido pelo
=
q
= −
q
p^
p
sistema.
q
3-
trabalho produzido pelo sistema.
Trabalho
=
W
=
−
W
p^
p
recebido pelo sistema.
W
W