Termodinâmica Física e Química 09/10 | Módulo F5
Milene Ferreira 1
Termodinâmica Therme (calor) + dynamics (potência)
Ciência que estuda as leis que regem as transformações de energia térmica noutras formas de energia
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Fonte: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/8a/Triple_expansion_engine_animation.gif; http://www.egr.msu.edu/classes/me201/zhuangm/index_files/image002.jpg
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Termodinâmica Qual a diferença entre calor e temperatura? Como funciona um frigorífico? Por que derrete um gelado?
Que transformações se dão no motor de um carro, enquanto anda? Por que motivo, no Verão, a areia da praia escalda e a água não? •
Fonte: http://www.gnurf.net/v3/wp-content/uploads/2008/05/034-heat-wave.png ; http://logos.simpleplants.com/WeatherSeasons/thumbs/Weather-Seasons-Thermometer_1.gif; http://www.karpathian.com/images/clipart/fridge.gif; http://images.clipartof.com/small/40946-Clipart-Illustration-Of-A-Grumpy-Melting-Ice-Cream-Cone-Character.jpg; http://www.clipartguide.com/_pages/0060-0808-1415-5457.html
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Sistemas Termodinâmicos Fronteira Sistema termodinâmico
Vizinhança •
4 Fonte: http://www.metrokitchen.com/images/uploads/ca-259-03.jpg; http://i.s8.com.br/images/sport/cover/img5/1723875.jpg; http://files.nireblog.com/blogs4/shinestar/files/gato-chartreux.jpg
Sistemas Termodinâmicos
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5 Fonte: http://www.gluon.com.br/fq/imagens.htm; http://www.aulas-fisica-quimica.com/energia_conceito.html;
Sistemas Termodinâmicos
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6 Fonte: http://www.aulas-fisica-quimica.com/energia_conceito.html;
Sistemas Termodinâmicos
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Fonte: AIRES SILVA, João, AMARO, Ana e NEVES, Ana Maria (2009). F5 – Termodinâmica. Física – Módulos F1 a F6 / Física e Química – Ensino Profissional | Nível 3. Porto: Areal Editores;
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Um pouco de história… Alguns ilustres pesquisadores que construiram a termodinâmica
James Joule 1818 - 1889
Sadi Carnot 1796 - 1832
Wiliam Thomson Lord Kelvin 1824 - 1907
Emile Claupeyron 1799 - 1864
Rudolf Clausius 1822 - 1888 8
Um pouco de história… Máquina a vapor
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Variáveis de estado Modo como se realiza uma mudança de estado Ocorre quando pelo menos uma variável de estado do sistema varia
Variável de estado, grandeza de estado ou propriedade de estado são grandezas físicas que têm um valor bem definido para cada estado termodinâmico
As variáveis de estado são: Temperatura
Massa
Volume Pressão
10 Energia interna
Temperatura • A temperatura de um corpo é a medida da energia cinética média das partículas
Aumento da temperatura 11
Energia interna A energia interna (microscópica) de um sistema tem duas componentes: •
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A energia cinética (de vibração, rotação e/ou translação) das partículas do sistema, cujo valor médio está relacionado com a temperatura do sistema; A energia potencial, que está associada com as interacções entre as partículas e com as ligações existentes. A energia interna de um sistema é, assim, o somatório das energias cinéticas e das energias potenciais de todos os corpúsculos que o constituem, dependendo, por isso: • da temperatura a que o sistema se encontra; • da massa do sistema.
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Transferências de energia • A transferência de energia entre dois sistemas pode ocorrer por três processos: – Trabalho (energia transferida por acção de forças que a vizinhança exerce sobre o sistema)
– Radiação (energia transferida através da propagação da luz)
– Calor (energia transferida entre sistemas a temperaturas diferentes, quando postos em contacto entre si)
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Transferências de energia sob a forma de calor Em que condições ocorrem? •
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Quando dois corpos a temperaturas diferentes se encontram em contacto, vai ocorrer transferência de energia sob a forma de calor, do corpo que se encontra a maior temperatura para o corpo que se encontra a menor temperatura, até que se estabeleça o equilíbrio térmico.
Durante uma mudança de estado físico, também ocorre transferência de energia sob a forma de calor entre o sistema e a vizinhança. 14
Calor (Q) •
Energia transferida entre sistemas (uma fonte e um receptor) a temperaturas diferentes, provocando uma variação da energia interna do sistema.
NOTA: o calor é “energia em trânsito”. Não é uma propriedade do sistema, como a temperatura ou a energia interna.
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Mecanismos de transferência de energia sob a forma de calor
Condução
Convecção
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Mecanismos de transferência de energia sob a forma de calor
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Mecanismos de transferência de energia sob a forma de calor
Condução
Convecção
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Mecanismos de transferência de energia sob a forma de calor
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Mecanismos de transferência de energia sob a forma de calor
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Mecanismos de transferência de energia sob a forma de calor
Correntes marítimas de convecção.
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Condutibilidade térmica
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Capacidade térmica mássica
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1ª Lei da Termodinâmica Sistema Fechado
W > 0 → energia que sai do sistema W < 0 → energia que entra no sistema
Q > 0 → calor que entra no sistema Q < 0 → calor que sai do sistema
ΔU = U2 – U1 Variação Energia Interna
1a Lei Q = W + ΔU A energia total do Universo, com ou sem transformações, permanece constante.
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2ª Lei da Termodinâmica Quando um corpo recebe calor a sua entropia aumenta. ∆S = QT 0
Aumenta a EC e/ou a agitação molecular
Aumenta a “desordem”
A entropia é a medida da desordem ΔS = Q/T < 0 → a “desordem” diminui.
A entropia (desordem) do Universo aumenta em todos os processos naturais.
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Máquinas térmicas T2 T1 100 T2
W 100 Q1
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Máquinas frigoríficas
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