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Este resumo aborda conceitos básicos da termodinâmica, incluindo a energia interna, trabalho nas transformações gasosas, e as primeiras leis da termodinâmica. Aprenda sobre a relação entre energia, temperatura e volume, e como o gás realiza trabalho durante transformações isobáricas e isovolumétricas.
O que você vai aprender
Tipologia: Notas de estudo
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Não perca as partes importantes!
Termodinâmica é o ramo da física que relaciona as propriedades macroscópicas da matéria com a energia
❏ Energia interna
Energia interna ( U ) corresponde à soma de várias parcelas, tais como: energia cinética média das moléculas, energia potencial de configuração (relacionada às forças intermoleculares), energia cinética de rotação das moléculas e das partículas elementares presentes nos átomos, etc. Nos processos termodinâmicos, a variação da energia interna, Δ U , está sempre relacionada com a variação da temperatura absoluta, Δ T , pois quando a temperatura varia, ocorre variação da energia cinética média das moléculas de um gás. A energia interna de uma dada massa de gás perfeito monoatômico depende exclusivamente de sua temperatura absoluta.
❏ Trabalho nas transformações gasosas
Quando um gás sofre uma variação de volume Δ V , durante uma transformação termodinâmica, há a realização
trabalho durante uma transformação gasosa pode, então, ser interpretada como uma medida de energia trocada pelo sistema gasoso com a vizinhança, sem a necessidade de uma diferença de temperatura. Para uma transformação isobárica, demonstra-se que o trabalho das forças de pressão do gás é dado por:
Portanto, temos:
➔ Se o volume do gás aumenta, ( expansão ), o gás realiza trabalho contra o meio exterior.
➔ Se o volume do gás diminui ( compressão ), o gás recebe trabalho do meio exterior.
➔ Se o volume permanece constante , não há troca de trabalho com o meio exterior
Observação
Pode-se obter o trabalho através do cálculo da área no diagrama P x V.
Primeira Lei da Termodinâmica
Durante uma transformação, o gás pode trocar energia com o meio ambiente sob duas formas: calor e trabalho. Como resultado dessas trocas energéticas, a energia interna do gás pode aumentar, diminuir ou permanecer constante. O primeiro Princípio da Termodinâmica é, então, uma Lei da Conservação de Energia.
❏ Aplicação do primeiro princípio às transformações gasosas
I - Transformação isobárica : o volume e a temperatura absoluta variam numa proporção direta, a energia interna do gás varia, isto é Δ U ≠ 0. Portanto, pelo PPT , a quantidade de calor trocada Q e o trabalho realizado
Segunda Lei da Termodinâmica e Máquinas Térmicas
❏ Enunciados da 2ª Lei da termodinâmica
❏ Máquina Térmica
Para haver conversão contínua 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, é retirada
o restante ( QF ) rejeitado para a fonte fria.
❏ Rendimento
quantidade de calor ( QQ ) retirada da fonte quente (energia total):
𝝉 𝑸𝑸
𝑸𝑭 𝑸𝑸
❏ Rendimento máximo – ciclo de Carnot
Carnot demonstrou que o maior rendimento possível para uma máquina térmica entre duas temperaturas TQ (fonte quente) e TF (fonte fria) seria o de uma máquina que realizasse um ciclo teórico constituído de duas transformações isotérmicas e duas transformações adiabáticas alternadas.