PPT - Termodinâmica

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 = QT  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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