Termodinamica

TERMODINÂMICA

1) ALGUNS CONCEITOS E DEFINIÇÕES

TERMODINÂMICA CLÁSSICA: Adota o ponto de vista macroscópico ao invés do microscópico como no caso da Termodinâmica Estatística.

SISTEMA TERMODINÂMICO: Quantidade de massa fixa e identificável com possibilidade de transferência de calor e trabalho pelas fronteiras.

VOLUME DE CONTROLE TERMODINÂMICO: Região do espaço determinada onde calor, trabalho e massa podem cruzar suas fronteiras (definidas pela superfície de controle).

FRONTEIRA OU SUPERFÍCIE DE CONTROLE: Superfície imaginária que separa o sistema ou volume de controle da vizinhança. Deve ser definida cuidadosamente antes de se proceder a qualquer análise termodinâmica.

VIZINHANÇA OU MEIO: tudo que é externo ao Sistema ou ao Volume de Controle.

PROPRIEDADES TERMODINÂMICAS: Características observáveis e quantificáveis da substância que não dependem da maneira pela qual a substância atingiu aquela situação (história).

Extensiva: proporcional à massa (volume, energia, etc.)

Intensiva: independente da massa (temperatura, pressão, etc.)

Obs: Toda propriedade extensiva pode ser transformada em uma propriedade intensiva dividindo-a pela massa. Exemplo:

FASE: Porção de uma substância que é homogênea em composição química e estrutura física (sólido, líquido ou vapor).

SUBSTÂNCIA PURA: Possui composição química uniforme e invariável.

ESTADO TERMODINÂMICO: Conjunto de propriedades de um sistema que determinam suas características físicas e energéticas. Para uma substância pura simples, duas propriedades independentes determinam o estado de um sistema.

MUDANÇA DE ESTADO: Ocorre devido a alterações energéticas em um Sistema (troca de calor ou trabalho com a vizinhança) que implicam na mudança no valor de uma ou mais propriedades termodinâmicas.

PROCESSO: Conjunto de estados (do inicial ao final) pelos quais o sistema passa durante uma mudança de estado até atingir o equilíbrio.

CICLO: Sucessão de processos ou mudanças de estado, no qual o estado final coincide com o estado inicial.

EQUILÍBRIO TERMODINÂMICO: Situação onde não ocorrem mudanças espontâneas no estado termodinâmico.

- Térmico: Temperatura uniforme.

- Mecânico: Pressão uniforme.

- Químico: sem mudança espontânea de composição.

- De Fase: a proporção entre as fases deve ser constante.

PROCESSO QUASE-ESTÁTICO: Processo idealizado no qual os desequilíbrios são infinitesimais.

PROCESSO REVERSÍVEL: Processo idealizado no qual o sistema pode retornar ao seu estado original simplesmente invertendo o caminho, ou a seqüência de estados aos quais ele foi submetido, sem deixar vestígios nem no sistema nem na vizinhança. Isto requer que as quantidades de calor e trabalho trocadas sejam exatamente as mesmas.

PROCESSO IRREVERSÍVEL: processo onde ocorrem alterações provocadas por diferenças finitas do equilíbrio, e portanto não pode ser revertido de forma espontânea. Todos os fenômenos reais observáveis no universo físico apresentam esta característica.

2) SISTEMA DE DIMENSÕES E UNIDADES (S.I.).

DIMENSÕES PRIMÁRIAS SÍMBOLO UNIDADES SÍMBOLO

MASSA M quilograma Kg

COMPRIMENTO L metro M

TEMPO t segundo S

Dimensão sec. Símbolo Definição física Unidade básica Unidade secundária

Velocidade V L/t m.s-1 m. s-1

Aceleração a V/t m. s-2 m. s-2

Força F M.a Kg. m. s-2 N

Trabalho W F.L Kg. m2. s-2 J

2) ALGUMAS PROPRIEDADES TERMODINÂMICAS

PRESSÃO:

Os instrumentos para medição de pressão são os manômetros. Todos os manômetros medem a diferença entre a pressão que se quer medir e a pressão atmosférica. À pressão medida nos manômetros dá-se o nome de pressão manométrica.

O barômetro é o instrumento utilizado para se medir a pressão atmosférica.

A pressão absoluta é a soma da pressão atmosférica (medida pelo barômetro) e a pressão manométrica (medida pelo manômetro)

Em termodinâmica, utilizaremos sempre a pressão absoluta (lembrar de somar a pressão atmosférica ao valor de pressão lido em qualquer manômetro).

TEMPERATURA

Propriedade intensiva que mede, de forma indireta, a energia cinética das moléculas. O instrumento utilizado para medição é o termômetro.

LEI ZERO DA TERMODINÂMICA: Quando dois corpos estão em equilíbrio térmico com um terceiro, eles também estão em equilíbrio térmico entre si.

Utilizando-se esta lei e a variação de outras propriedades (volume, resistência elétrica, etc.) com a temperatura, foram criadas as escalas de temperatura e calibrados os termômetros.

ESCALAS RELATIVAS ESCALAS ABSOLUTAS

CELCIUS: t [ºC] = KELVIN: T[K] – 273,15 [SI]

FAHRENHEIT: t [ºF] = RANKINE: T[ºR] – 459,67

Para se calcular a temperatura em ºC a partir de uma medida em Fahrenheit:

T [ºC] = (t [ºF] – 32)/1,8

3) ENERGIA

Conceito abstrato, associado de forma intuitiva à capacidade de realizações. Em termodinâmica,