Termodinamica

4 - TERMODINÂMICA

Num motor ou numa maquina a vapor, o calor proveniente da queima de combustível é transformador em trabalho (→T).

Termodinâmica é o estudo das relações entre calor e trabalho, isto é, o estudo da conversão do calor em trabalho ou trabalho em calor ( ↔ T).

4.1 – Trabalho realizado por um gás

Considere um gas aprisionado num cilindro dotado de um embolo móvel, suponhamos que o embolo tenha se deslocado de uma distancia ∆ por causa da expansão do gás.

O trabalho realizado pelo gas é dado por:

T = .∆

Como: p (pressão do gas) =

→ = ., logo:

T =..∆

.∆ = ∆ (variação de volume de gas).

T = .∆

A transformação acima é isobárica (pressão constante). Lembremos que a unidade de Trabalho

(T) é o Joule (J).

Num diagrama (pxV), o trabalho realizado durante uma transformação sob pressão constante pode ser calculado pela área do retângulo compreendido entre o gráfico e o eixo dos volumes:

á = .∆

Mas: .∆ = T

Logo: Área=T (numericamente)) sendo o volume em metros cúbicos(m3) e Trabalho em Joules (J).

Na expansão: > → T=p.( − ) > 0

Na compressão: < → T=p.( − ) < 0

Numa transformação isocórica, o volume é constante, então ∆ = 0 T=0.

Quando a pressão varia, o gráfico será uma curva, mas o trabalho poderá ser calculado no caso anterior.

CURSO: CST em Sistema Elétrico

Física Estática e Calor 1/2014

Expansão do Gás

Compressão do Gás

Quando um sistema sofre uma transformação de tal modo que os estados inicial e final coincidem, isto é, as pressões e volumes iniciais e finais são, respectivamente, iguais, o trabalho realizado é dado pela diferença das áreas.

Ciclo Fechado ou Ciclo

Uma transformação deste tipo denominamos ciclo fechado ou ciclo, simplesmente.

Lembremos a relação entre cal e Joule, sendo 1cal = 4,86J. Assim relacionamos trabalho em joules com calor em calorias.

4.2 – 1ª Lei da Termodinâmica

A matéria é formada por partículas como os átomos, que, estando em incessante movimento, possuem energia. A soma das energias destas partículas é denominada energia internas (U) do sistema. Fornecendo calor ao sistema ou realizando trabalho contra o mesmo (por exemplo, trabalho de deformação de um corpo), estas partículas agitam-se mais, aumentando pois, a energia interna do sistema.

De uma maneira geral, quando se fornece uma quantidade de calor Q a um sistema, além a variação da sua energia interna (∆), ele realiza um trabalho T:

Como a energia se conserva, podemos escrever:

= ∆ + T

Esta igualdade constitui a expressão matemática da 1ª Lei da Termodinâmica, cujo enunciado é o seguinte:

A quantidade de calor fornecida a um sistema é igual à variação de sua energia interna mais o trabalho realizado.

CURSO: CST em Sistema Elétrico

Física Estática e Calor 1/2014

Atenção:

Q (absorvido) >0 e Q (cedido)<0;

T (expansão)>0 e T (compressão)<0

(∆) = −

Expansão – aumento de volume

Compressão – redução de volume

Transformação adiabática

Neste tipo de transformação, o gás passa de um estado a outro sem receber ou ceder calor para o ambiente, isto é Q=0.

Esta transformação pode ser obtida, na pratica, se isolarmos termicamente o sistema ou a transformação for realizada rapidamente.

= ∆ +T

= 0 → ∆ + T = 0

− +T = 0

:

− = T

Quando o gás sobre expansão T > 0; logo:

− > 0 >

Se a energia interna inicial é maior que a final, significa que o gás se esfriou.

Quando o gás sobre compressão T < 0; logo:

− < 0 <

Isto significa que o gás se aqueceu.

Transformação Isotérmica

Nesta transformação a temperatura é constante, como a temperatura e a energia interna estão associados, se a temperatura for constante a energia

interna também será constante. Então a variação da energia interna (∆) do sistema será nula.

∆ = 0 → = ∆ +T → = T

Então todo o calor