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TERMODINÂMICA
"A termodinâmica estuda as relações entre energia térmica (calor) trocada e energia mecânica (trabalho) realizada numa transformação de um sistema."
Trabalho realizado por um gás
"Quando aplicamos uma força sobre um corpo, provocando um deslocamento, estamos gastando energia na forma mecânica a qual denominamos de trabalho."
Em um sistema termodinâmico quem exerce a força é o gás e o deslocamento é feito pelo embolo ao sofrer variação de volume. Portanto o trabalho termodinâmico é expresso pela equação:
= trabalho realizado pelo gás P = pressão exercida pelo gás V = variação do volume V = V 2 - V 1
Na expansão, Vfinal > Vinicial > 0 (o gás realiza trabalho)
Na compressão, Vfinal < Vinicial < 0
(o gás recebe trabalho do meio exterior)
Exercícios
- Numa transformação sob pressão constante de 800 N/m 2 , o volume de um gás ideal se altera de
0,020 m 3 para 0,060 m^3. Determine o trabalho realizado durante a expansão do gás.
- Um gás ideal , sob pressão constante de 2.10 5 N/m 2 , tem seu volume reduzido de 12.10 -3^ m 3 para 8.10 -3^ m^3. Determine o trabalho realizado no processo.
- Sob pressão constante de 50 N/m 2 , o volume de um gás varia de 0,07 m^3 a 0,09 m 3. A) o trabalho foi realizado pelo gás ou sobre o gás pelo meio exterior? B) Quanto vale o trabalho realizado?
Trabalho pela área Propriedade: "O trabalho é numericamente igual à área, num gráfico da pressão em função da variação do volume."
P
= área
V 1 V 2 V
Exercícios
- As figuras representam a transformação sofrida por um gás. Determinar o trabalho realizado de A para B em cada processo.
a) P (N/m 2 )
A B
0 5 V (m 3 )
b) P (N/m 2 )
A 30
B
0 6 V (m 3 )
c) P (N/m 2 )
A B 10 .........
0 2 5 V (m 3 )
Energia Interna
É a energia, sob qualquer forma, que o sistema termodinâmico, armazena dentro de si. É dada pela soma das energias (em grande parte energia potencial, energia cinética e energia de rotação) de todas as moléculas que compõem o gás, dada pela expressão abaixo.
A energia interna de um gás é função diretamente da temperatura. ΔU >0 , temperatura aumenta ΔU <0 , temperatura diminui
1ª Lei da termodinâmica Estabelece a equivalência entre energia térmica (calor) e energia mecânica (trabalho), baseando- se no princípio da conservação de energia que diz: “ A energia não pode ser criada nem destruída, mas somente transformada de uma espécie em outra”.
Q U
Q = quantidade de calor (J) U = variação da energia interna (J) = trabalho (J)
Q (absorvido) > 0 e Q ( cedido) < 0 (expansão) > 0 e (compressão) < 0
- Uma máquina térmica, em cada ciclo, rejeita para a fonte fria 240 joules dos 300 joules que retirou da fonte quente. Determine o trabalho obtido por ciclo nessa máquina e o seu rendimento.
- O rendimento de uma máquina térmica é 60%. Em cada ciclo dessa máquina, o gás recebe 800 joules da fonte quente. Determine: a) o trabalho obtido por ciclo; b) a quantidade de calor que, em cada ciclo, é rejeitada para a fonte fria.
- (^) Uma máquina térmica tem 40% de rendimento. Em cada ciclo, o gás dessa máquina rejeita 120 joules para a fonte fria. Determine: a) o trabalho obtido por ciclo nessa máquina; b) a quantidade de calor que o gás recebe, do ciclo, da fonte quente.
Ciclo de Carnot
É um ciclo que proporcionaria rendimento máximo a uma maquina térmica. Ele é composto de duas transformações adiabáticas e duas isotérmicas, e apresenta um trabalho positivo.
de A para B : expansão isotérmica : recebe calor da fonte quente. de B para C : expansão adiabática : realiza trabalho e a temperatura diminui. de C para D : compressão isotérmica : parte calor é rejeitado para uma fonte fria. de A para B : compressão adiabática : temperatura aumenta e inicia o ciclo.
Rendimento: é função somente da temperatura
Portanto, Carnot demonstrou que, nesse ciclo, as quantidades de calor trocadas com as fontes quente e fria são proporcionais as respectivas temperaturas.
