Introdução à Termodinâmica: Conceitos Básicos e Definições, Provas de Termodinâmica

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TERMODINÂMICA

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REVISÃO

Prof. Nelson Luiz Reyes Marques

Termodinâmica

Revisão e conceitos básicos

TERMODINÂMICA

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REVISÃO

Sistema termodinâmico

Uma certa porção de matéria, que pretendemos estudar, suficientemente extensa para poder ser descrita por parâmetros macroscópicos.

Vizinhança do sistema

Aquilo que é exterior ao sistema e com o qual o sistema pode, eventualmente, trocar energia e/ou matéria.

Fronteira Superfície fechada , real (uma parede, uma membrana, etc) ou abstracta (imaginada por nós), que separa o sistema da sua vizinhança.

Algumas definições

TERMODINÂMICA

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REVISÃO

Os sistemas físicos que consideraremos encontram-se confinados por algum tipo de parede. Essas paredes possuirão características específicas que isolam ou permitem transferências entre o sistema considerado e o resto do espaço e caracterizarão o sistema em estudo. Podemos classificá-las nos seguintes tipos:

Algumas definições

 Sistemas isolados. Não há nenhum tipo de contato com o meio externo e o sistema encontra-se completamente impermeável para qualquer troca de energia e ou partículas. As paredes são rígidas e mantém o volume fixo. A energia, E, é fixa e caracteriza o estado (macroscópico) do sistema. O mesmo acontece com o número de partículas, N, e o volume V.

TERMODINÂMICA

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REVISÃO

Algumas definições

 Sistemas fechados. Aqui as paredes continuam impermeáveis para troca de matéria mas permitem a troca de energia. A energia não se conserva mais, ao contrário, ela flutua trocando energia com o meio. No entanto, o sistema converge para uma energia media, associada a temperatura do sistema e/ou do meio. Podemos caracterizar o macroestado do sistema fechado pela temperatura, o número de partículas e o volume.

TERMODINÂMICA

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Algumas definições

 Um sistema onde suas propriedades são as mesmas em todo o lugar é chamado de homogêneo.

 Se o sistema apresenta descontinuidade em suas propriedades, ele é heterogêneo e suas propriedades são separadas em algumas superfícies as quais chamamos de contorno de fases e cada parte diferente do sistema é uma fase do mesmo.

 As grandezas macroscópicas que descrevem o sistema são chamadas de grandezas de estado. Entre essas grandezas, as mais comuns são a energia E , volume V , número de partículas N , temperatura T , pressão p , potencial químico μ.

TERMODINÂMICA

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REVISÃO

Algumas definições

Em geral, apenas algumas dessas grandezas são necessárias, sendo que as outras podem ser obtidas a partir dessas através de um conjunto de equações que denominamos de equações de estado. Distinguimos essas grandezas em duas grandes classes:

 Grandezas de estado extensivas: são proporcionais a quantidade de matéria no sistema, o número de partículas ou a massa do sistema. Elas são aditivas e entre essas grandezas estão a E , V e, uma das mais características, a entropia, a qual está diretamente ligada a probabilidade dos estados microscópicos do estado, na descrição da física estatística.

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Sistema isolado

Não troca energia nem matéria com a sua vizinhança.

Sistema fechado

Não troca matéria com a suavizinhança (pode trocar energia).

Sistema aberto Troca matéria^ com a sua vizinhança.

Paredes móveis (contrário: fixas)

Permitem transferência de energia na forma de trabalho mecânico. Paredes diatérmicas (contrário: adiabáticas)

Permitem transferência de energia na forma de calor. Paredes permeáveis (contrário: impermeáveis)

Permitem transferência de matéria.

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REVISÃO

Variáveis de estado ou variáveis termodinâmicas

Grandezas macroscópicas mensuráveis e

que servem para caracterizar o sistema.

(Ex: temperatura (t) , pressão (P) , volume (V) ,

magnetização de um íman ( 𝑀 ) , área superficial

de um líquido (S) , tensão numa corda (T) , etc.)

TERMODINÂMICA

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REVISÃO

(^) Definição operacional  a grandeza que se mede com um

termômetro.

A temperatura é lida no termômetro ao fim de um certo tempo ( tempo de relaxação ), quando A e B atingirem o equilíbrio térmico.

Temperatura

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Relação entre escalas de temperatura Celsius e Kelvin

Escala Kelvin:

T ( K )  t (º C )  273 , 15

Escala Celsius:

TERMODINÂMICA

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REVISÃO

Se os corpos estiverem a temperaturas diferentes, a energia pode ser trocada entre eles por meio de calor

No equilíbrio térmico os corpos em contato térmico deixam de trocar energia

A temperatura é a propriedade que determina se um corpo está em equilíbrio térmico com outros corpos

Equilíbrio térmico

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REVISÃO

Conceitos importantes

Na Termodinâmica existem três coeficientes que caracterizam o comportamento de um sistema.

1. Coeficiente de dilatação térmica (), também chamado de coeficiente térmico de expansão.

T P

V

V

2. Coeficiente de compressibilidade isotérmico (K), também chamado de coeficiente de compressibilidade.

P T

V

V

k 

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REVISÃO

Estado de equilíbrio termodinâmico

Estado termodinâmico caracterizado por

um valor uniforme (o mesmo por todo o

sistema) e estacionário (não varia com o

tempo) das variáveis termodinâmicas.

TERMODINÂMICA

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REVISÃO

Equilíbrio térmico^

Valor uniforme da temperatura (contacto térmico entre sub- sistemas)

Equilíbrio mecânico Valor uniforme da pressão (no caso de gases).

Equilíbrio químico (^) Valor uniforme das concentrações químicas.

Estado de equilíbrio termodinâmico