FICHAMENTO DA MATÉRIA DE TERMODINÂMICA BÁSICA

FICHAMENTO DA MATÉRIA DE TERMODINÂMICA BÁSICA

Lei Zero

A Lei Zero da termodinâmica é a lei do equilíbrio térmico, por exemplo dois corpos A e B estão separados, onde Temperatura A > Temperatura B se colocar os dois corpos em contato haverá a transferência espontânea de calor de A para B até ficarem com suas temperaturas iguais, assim separando-os, os dois corpos estarão na mesma temperatura, ou seja, em equilíbrio térmico. Isso ocorre para dois ou mais corpos em contato.

Deve-se lembrar que calor é diferente de temperatura, pois Calor é a energia térmica que se pode transferir e é medida em Joules (J) e Temperatura é o grau de agitação das moléculas, que pode ser medida em ºC, ºF e K. Quanto maior a agitação das moléculas, maior a temperatura.

Trabalho (W)

Trabalho é a relação existente entre a força e o deslocamento. Existe trabalho quando uma força aplicada em um corpo provoca o deslocamento desse corpo. Assim, quando a força não desloca o corpo, ela não realiza trabalho.

A fórmula mais conhecida de trabalho é W=F.d, onde F= força e d= distância.

Com isso sabe-se que em um sistema  com algum fluido, W só acontece se ocorrer a variação de volume ΔV.

Tem os casos particulares de trabalho:

• ΔV=0 logo W=0
• Pressão constante, logo W=P. ΔV onde ΔV=(VF-VI)

O W será positivo quando VF for maior que o VI, isso significa que você ganhou trabalho da máquina e o W será negativo quando o VI for maior que o VF, logo você perdeu trabalho para máquina.

• Temperatura constante, assim ΔU=0 com isso Q=W
• W1,2 = [pic 1]

Primeira Lei da Termodinâmica

A 1a lei da termodinâmica tem como fundamento o princípio da conservação de energia, e é expressa pela fórmula Q = W + ΔU onde:

Q = Quantidade de Calor; W = Trabalho e ΔU = Variação de energia

Transformações da 1a lei:

• ISOTÉRMICA

A Temperatura é constante, logo ΔU=0, assim:

  [pic 2]

• ISOVOLUMÉTRICA

Volume não varia, logo W=0, assim:

  [pic 3]

• ISOBÁRICA

Neste caso a pressão não varia, mantem se a 1a Lei, pois sabemos também que

  e    assim:[pic 4][pic 5]

  [pic 6]

• ADIABÁTICA

Não há tempo para transferência de calor, logo Q=0, assim:

        [pic 7]

Energia Interna

A Energia Interna de um gás está diretamente ligada a temperatura, quanto maior a temperatura, maior a energia interna.

Energia Interna é dada por  [pic 8]

Onde:

U: energia interna do gás;

n: número de mols do gás;

R: constante universal dos gases perfeitos;

T: temperatura absoluta (kelvin).

Conservação de energia

A energia pode ser transformada ou transferida, mas nunca criada ou destruída, ela não se perde, mas sim, se transforma de um tipo em outro e pode ser armazenada, essa é a Lei da Conservação de energia. Temos:

• Energia Cinética

 [pic 9]

m= massa do corpo (kg)

V= Velocidade do corpo (m/s)

Ec= Energia Cinética (J), também pode ser representada pela letra K.

• Energia Potencial

 [pic 10]

m= massa

g= aceleração da gravidade

h= altura

• Energia Mecânica

 [pic 11]

Segunda Lei da Termodinâmica

A segunda lei trata da transferência de energia térmica. Dois pontos principais sobre a 2a lei.

• O calor é transferido de forma espontânea do corpo de maior temperatura para o de menor temperatura.
• Todo processo tem perda, porque seu rendimento sempre será inferior a 100⁒

Máquina térmica é o dispositivo que, utilizando duas fontes térmicas, faz com que a energia térmica se converta em energia mecânica (trabalho). Onde a fonte quente fornece uma quantidade de calor que no dispositivo transforma-se em trabalho e a quantidade de calor que não é capaz de ser utilizado como trabalho é mandada para a fonte fria.

Abaixo segue o exemplo de uma máquina térmica

[pic 12]

Trabalho

W= Q1 – Q2

ou

W=T1 – T2, onde T tem que estar em Kelvin (K)

Para converter a temperatura de ºC para K, basta fazer  ºC+273=K.

Rendimento (η)

As formulas abaixo nos fornece qual foi o rendimento da máquina térmica.

 [pic 13]

 [pic 14]

η = PU / PT

O valor mínimo para o rendimento é 0 se a máquina não realizar nenhum trabalho, e o máximo 1, se fosse possível que a máquina transformasse todo o calor recebido em trabalho, mas sabemos que isto não é possível.

 Para saber este rendimento em percentual, basta multiplicar o resultado por 100%.

Ciclos

 [pic 15]

Potência

PT = PU + PD  

Onde, PT= Potência Total; PU=Potência Útil e PD= Potência Dissipada

Refrigeradores

Nos refrigeradores o fluxo de calor acontece da temperatura menor para o a maior. Mas conforme a 2ª Lei da Termodinâmica, este fluxo não acontece espontaneamente, logo é necessário que haja um trabalho externo, que é feito pela máquina térmica de resfriamento.

Eficiência (e)

A eficiência mede o rendimento dos refrigeradores, temos a seguinte fórmula: