A TERMODINÂMICA VISTA DE UMA FORMA MAIS CLARA E OBJETIVA
Por: Ingrid Barbosa • 3/3/2017 • Trabalho acadêmico • 4.142 Palavras (17 Páginas) • 297 Visualizações
UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DE PERNAMBUCO
DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE FÍSICA
CURSO DE LICENCIATURA PLENA EM FÍSICA
INGRID BARBOSA BRITO DOS SANTOS
A TERMODINÂMICA VISTA DE UMA FORMA MAIS CLARA E OBJETIVA
RECIFE
2017
INGRID BARBOSA BRITO DOS SANTOS
A TERMODINÂMICA VISTA DE UMA FORMA MAIS CLARA E OBJETIVA
Trabalho apresentado ao Prof. Dr. Ramón E. R. González com as finalidades de expor o conhecimento do assunto e obtenção de nota na disciplina de Física Contemporânea.
RECIFE
2017
SUMÁRIO
TERMODINÂMICA 4
O QUE É TERMODINÂMICA? 4
LEIS DA TERMODINÂMICA 4
∙ LEI ZERO 4
∙ PRIMEIRA LEI 5
1. TRANSFORMAÇÃO ISOTÉRMICA 6
2. TRANSFORMAÇÃO ISOMÉTRICA (ISOCÓRICA) 6
3. TRANSFORMAÇÃO ISOBÁRICA 7
4. TRANSFORMAÇÃO ADIABÁTICA 8
∙ SEGUNDA LEI 10
1. ENUNCIADO DE CLAUSIUS 11
2. ENUNCIADO DE KELVIN-PLANCK 12
3. CICLO DE CARNOT 13
4. ENTROPIA 15
∙ TERCEIRA LEI 16
1. ENUNCIADO DE NERNST 16
2. ENUNCIADO DE PLANCK 16
3. CONSEQUÊNCIAS DA LEI 17
∙ TEMPERATURAS ABSOLUTAS NEGATIVAS 18
TERMODINÂMICA
O QUE É TERMODINÂMICA?
A termodinâmica é um dos principais ramos da física e surgiu a partir da necessidade de criação de máquinas mais eficientes que as antigas e de encontrar uma maneira de aumentar o rendimento das máquinas já existentes. Seu objetivo é o estudo das leis que regem as relações entre o calor, o trabalho e as restantes formas de energia, ou seja, é dever da termodinâmica analisar os efeitos, a nível macroscópico, das mudanças de temperatura, massa, volume, densidade e pressão em um sistema físico.
Como citado anteriormente este ramo é regido por leis, e iremos tratar sobre elas a seguir.
LEIS DA TERMODINÂMICA
LEI ZERO[pic 1]
Na imagem ao lado podemos ver três corpos, A, B e C. Onde na primeira situação os corpos A e B estão isolados termicamente e a única coisa que compartilham é a troca* de energia/calor, individualmente, com o corpo C. Já na segunda situação temos a aplicação da definição da lei zero, que diz: “se dois corpos estiverem em equilíbrio térmico com um terceiro, estarão em equilíbrio térmico entre si.", em outras palavras, se os corpos A e B estiverem em equilíbrio térmico com o corpo C, isto implica que A e B estão em equilíbrio térmico, ou seja, com mesma temperatura.
*Esta troca só ocorre enquanto os corpos não estiverem em equilíbrio térmico.
Uma curiosidade desta lei é que ela foi descoberta muito tempo depois da primeira e segunda lei da termodinâmica, mas seu conceito é fundamental para o entendimento destas duas leis e por este motivo é chamada de lei zero (0), por 0 ser um número menor que 1 e 2.
PRIMEIRA LEI
Através da primeira lei da termodinâmica, que é uma versão do Princípio de Conservação de Energia, podemos saber o que ocorre em um sistema gasoso após uma transformação termodinâmica. Esta lei está diretamente ligada ao calor e ao trabalho e antes de prosseguirmos precisamos compreender suas definições.
Calor → É a energia transferida de um sistema para o ambiente ou vice-versa devido a uma diferença de temperatura.
Trabalho → Significa a relação existente entre a força e o deslocamento, ou seja, dizemos que existe trabalho quando é aplicada uma força num corpo e este corpo sofre um deslocamento.
A primeira lei é expressa pela seguinte equação:
[pic 2]
Onde: → Variação de energia interna.[pic 3]
Ǫ→ Quantidade de calor.
→ Trabalho trocado com o meio externo.[pic 4]
É importante resaltar que um sistema não pode criar ou consumir energia, porém pode armazená-la e transferi-la ao meio onde se encontra.
Nesta lei encontramos algumas transformações particulares, que merecem certa atenção e serão descritas abaixo.
TRANSFORMAÇÃO ISOTÉRMICA
As transformações isotérmicas consistem na constância da temperatura no sistema gasoso e como consequência a variação de energia interna é nula (∆U=0). Isto se dá porque a energia interna de um gás perfeito é função de sua temperatura absoluta . [pic 5]
Aplicando a Primeira Lei da Termodinâmica, temos que:
[pic 6]
[pic 9][pic 7][pic 8]
Isto indica que o calor e o trabalho trocados com o meio são iguais, dando margem para que tenhamos duas possibilidades:
- Quando um sistema recebe calor , essa energia será completamente utilizada na realização do trabalho .[pic 10][pic 11]
[pic 12]
[pic 13]
- Quando o sistema recebe trabalho , o próprio sistema libera para o meio uma quantidade igual de energia em forma de calor . [pic 14][pic 15]
[pic 16]
[pic 17]
TRANSFORMAÇÃO ISOMÉTRICA (ISOCÓRICA)
Nesta transformação não há variação no volume do sistema e por conta deste motivo o sistema não realiza e nem recebe trabalho do meio, ou seja, porque depende do volume [pic 18][pic 19][pic 20]
Aplicando a Primeira Lei da Termodinâmica, temos que:
[pic 21]
[pic 22][pic 23]
Isto significa que a variação de energia interna sofrida pelo sistema é igual ao calor trocado pelo sistema. Abrindo espaço para existirem duas possibilidades, que são as seguintes:
...