1. principios basicos de termodinamica
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TERMODINÂMICATERMODINÂMICA
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TERMODINÂMICATERMODINÂMICAOBJETO: As transferências de energia e
suas transições de uma forma para outra.
Ec+EpU
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Grandezas Físicas•Força;•Pressão;•Temperatura;•Trabalho;•Calor;•Energia
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Força
dtvdmF
amF
.
Unidade SI= Newton Kg.m/s2
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PressãoFn
AnFP
.
Unidade SI – Pa – N/m2
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Temperatura•Medida da energia interna do corpo;•Diferentes escalas de uso : Celsius e Kelvin
Fahrenheit e Rankin
•Em termodinâmica usa-se as temperaturas absolutas!•Diferenças de temperatura dão origem ao fluxo de Calor;
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TemperaturaTabela 1 – Conversão de Unidades de
Temperatura T(K) = 273,15 + T( oC)
T(R) = 1,8 T(K) T(oF) = T(R) - 459,67
T(oC) = 1.8T( oC) +32
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Calor•Surge do desequilíbrio térmico entre o sistema e as vizinhanças;
•È transiente, dura enquanto persistir o desequilíbrio térmico;
•Calor surge apenas nas fronteiras do Sistema;
Calor surge apenas durante uma mudança de estado do Sistema;
•O Calor se manifesta como uma mudança no estado térmico das vizinhanças do Sistema;
•O Calor é uma grandeza escalar. É positivo quando entra no sistema e negativo quando sai do sistema para as vizinhanças.
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Definições
Sistema
Fronteiras
Vizinhanças
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Convenção para o calor
Q
-Q
T1
T2
Condição 21 TT
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Calor
Não haverá desenvolvimento de calor:
•Sistemas adiabáticos;
•T1 = T2
Nesses casos, Q=0
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Trabalho
lFF
dlFdW.´
´
AdVdl
APF
.
2
1
V
V
PdVW
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Trabalho•Trabalho surge apenas nas fronteiras do Sistema;
•Trabalho surge apenas durante uma mudança de estado do Sistema;
•O Trabalho se manifesta como uma mudança nas vizinhanças do Sistema;
•O Trabalho é uma grandeza escalar. É positivo quando entra no sistema e negativo quando é exercido pelo sistema.
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Convenção para o trabalhoConvenção para o trabalho
+W
-W
T2
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ExemploExemplo
Q
P
WW
TT
U = Q+WU = Q+W
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Diagrama PVDiagrama PVTrabalho Realizado nas Fronteiras por um fluido sofrendo compressão de um volume inicial V1, para o Volume V2, com aumento da pressão de P1 para P2. O trabalho realizado é dado pela área sombreada.
Trabalho e calor não são grandezas de estado!!!!
2
1
V
V
PdVW
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Novas Novas definiçõesdefinições•Estado do Sistema: é uma condição bem estabelecida das Estado do Sistema: é uma condição bem estabelecida das propriedades físicas que definem termodinamicamente o propriedades físicas que definem termodinamicamente o sistema (tipicamente, P,V e T);sistema (tipicamente, P,V e T);
•Caminho: é a sequência de estados intermediários que o Caminho: é a sequência de estados intermediários que o sistema assume entre um estado inicial e um estado final;sistema assume entre um estado inicial e um estado final;
•Processo: método de operação para levar o sistema de um Processo: método de operação para levar o sistema de um estado a outro:refere-se às fronteiras, ao caminho utilizado, ás estado a outro:refere-se às fronteiras, ao caminho utilizado, ás modificações das vizinhanças, etc....modificações das vizinhanças, etc....
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VisualizaçãoP
V
P1,V1,T1P1,V1,T1
P2,V2,T2P2,V2,T2
Processo de expansão
IsotérmicaEstados Estados
CaminhoCaminho
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EnergiaEnergia•Primeiro princípio da termodinâmicaPrimeiro princípio da termodinâmica: A energia total do sistema e das vizinhanças se conserva.
(energia do sistema) = (energia do sistema) = (energia interna - (energia interna - U)+ U)+ (energia cinética-(energia cinética-Ec )+ Ec )+ (energia potencial -(energia potencial -Ep) Ep)
(energia das vizinhanças)= Q – W (energia das vizinhanças)= Q – W
Logo:Logo:
U+U+Ec+Ec+Ep = Q – W Ep = Q – W
OuOu
U+U+Ec+Ec+Ep = Q + WEp = Q + W
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Sistemas abertos e fechadosSistemas abertos e fechadosAbertoAberto FechadoFechado
Permite a Permite a entrada e saída entrada e saída
de massade massa
Não permite o fluxo Não permite o fluxo de massade massa
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Equação da Energia Equação da Energia Interna e sistemas Interna e sistemas
fechadosfechados•Normalmente se despreza os termos Normalmente se despreza os termos cinéticos e potencial, surgindo a forma cinéticos e potencial, surgindo a forma funcional mais usual do primeiro princípio: funcional mais usual do primeiro princípio:
U = Q – WU = Q – W ouou
U = Q + WU = Q + W
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Como saber?Como saber?CALORCALOR TRABALHOTRABALHO
Calor que entra no Calor que entra no sistema aumenta a sistema aumenta a energia internaenergia interna
Trabalho recebido Trabalho recebido pelo sistema pelo sistema aumenta a energia aumenta a energia internainterna
Calor que sai do Calor que sai do sistema diminui a sistema diminui a energia internaenergia interna
Trabalho realizado Trabalho realizado pelo sistema diminui pelo sistema diminui a energia internaa energia interna
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Calor e Trabalho Calor e Trabalho dependem do caminho dependem do caminho
•Logo:
PdVdWW
dQQ
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Trabalho
PP
V
PdVW
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EntalpiaEntalpia
)(PVUHPVUH
Energia Energia totaltotal
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Observação
U e U e H são grandezas de estado, H são grandezas de estado, independem da trajetória!independem da trajetória!•Q e W não são grandezas de estado, Q e W não são grandezas de estado, dependem da trajetória, mas Q + W não.dependem da trajetória, mas Q + W não.
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Situações Particulareslume CteCtelume CteCte Pressão CtePressão Cte
),()()(
cteVUQnVPddQUd
),( ctePHQ
Volume Cte
Pressão Cte
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Capacidade Calorífica ou Calor Específico
p
v
THCp
TUCv
dTdQC
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Calor em função de T
2
1
2
1
)(
)(
T
T
T
T
CpdTPcteQ
CvdTVcteQ
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ΔU = Q – WH = U + PV
ΔH = ΔU + Δ(PV)Volume
ConstantePressão Constante
Q=ΔU Q=ΔU
Q(Vcte) – ƒ CvdT Q(Pcte) – ƒ CPdT
T2
T1
T2
T1