Trabalho De TERMODINÂMICA

Trabalho: Termodinâmica - Calor ; (trabalho e rendimento)

AS LEIS DA TERMODINÂMICA

Princípio da Máquina a vapor

1- Considerações

A termodinâmica estuda as relações entre as quantidades de calor trocadas e os trabalhos realizados em um processo físico envolvendo um corpo ou um sistema de corpos.

Por condução, o calor se transfere de um corpo para outro em conseqüência de choques moleculares. Quanto maior a temperatura, maiores as velocidades moleculares e mais freqüentes os choques, ocorrendo então, transferência de energia cinética para as moléculas de menor velocidade e portanto, menor temperatura.

O trabalho também se relaciona com transferência de energia, no entanto, o trabalho corresponde a trocas energéticas sem influência de diferenças e nisso se distingue do calor. O trabalho não depende da temperatura e é realizado por uma força F.

Quando o sistema como um todo, produz um deslocamento ao agir com uma força sobre o meio exterior, o trabalho realizado é denominado trabalho externo.

Quando o trabalho executado por uma parte do sistema sobre outra do mesmo sistema é chamado de trabalho interno.

2- Trabalho em uma transformação

O trabalho é uma grandeza algébrica e assume nem sempre o sinal da variação de volume (DV), uma vez que a pressão p é sempre positiva.

Em uma expansão, a variação de volume é positiva e portanto o trabalho realizado é positivo. Como o trabalho representa uma transferência de energia, o gás ao se expandir, está perdendo energia, embora a esteja também recebendo sob forma de calor da fonte térmica.

O trabalho realizado em uma transformação termodinâmica depende não só do estado inicial e final, como também dos estados intermediários, isto é, do caminho entre os estados inicial e final.

3- Energia interna, Lei de Joule dos gases ideais.

A energia total de um sistema é composta de duas parcelas: a energia externa e a energia interna.

A energia interna dos sistemas relaciona-se com suas condições intrínsecas. Num gás correspondente ás parcelas: energia térmica, energia potencial, energias cinéticas atômica-moleculares.

Em um sistema, não se mede diretamente a energia U, mas, é importante conhecer a variação da energia interna DU do sistema durante um processo termodinâmico.

Há processos em que a energia interna varia e a temperatura permanece constante. A energia recebida (calor latente) aumenta a energia interna do sistema durante o processo.

Nas transformações gasosas, a variação de energia interna DU é sempre acompanhada de variação de temperatura (DT).

4- Primeira Lei da Termodinâmica

Há dois tipos de trocas energéticas com meio exterior em um processo termodinâmico sofrido por gás: o calor Q e o trabalho ð. A variação de energia DU sofrida pelo sistema é conseqüência do balanço energéticos entre essas duas quantidades. Se o gás receber do meio exterior uma quantidade de calor Q = 20 J e realizou um trabalho sobre o meio exterior ð =3, sua energia interna aumentou DU = 17 J. O gás recebeu 20 J de energia sob a forma de calor, perdeu 3 J de energia sob a forma de trabalho, tendo absorvido 17 J de energia que aumentaram a energia cinética de suas moléculas, e, sua energia interna.

Sendo Q a quantidade de calor trocada pelo sistema, ð o trabalho realizado e DU a variação de energia cinética externa, escreve-se: DU = Q - ð

Essa expressão traduz a Primeira Lei da Termodinâmica. Pois a variação da energia interna de um sistema é dada pela diferença entre calor trocado com o meio exterior e o trabalho realizado no processo termodinâmico.

Apesar de Ter sido tomado como exemplo um gás. Pode ocorrer com qualquer material em que ocorra a troca de energia.

5- Transformações gasosas

a) transformação isotérmica (temperatura constante)

A variação de energia do gás é nula, porque a temperatura não varia.

DT = 0 -> DU = 0

Pela Primeira Lei da termodinâmica, DU = ð = 0 -> Q = ð

Nesse tipo de transformação, o calor trocado pelo gás é igual ao trabalho realizado no mesmo processo.

b) Transformações isobáricas ( pressão constante)

Trabalho realizado ð = p DU

O calor trocado pelo gás, ao sofrer a variação de temperatura, numa transformação isobárica é dado por:

Q = mcpDT

Onde m = massa do gás

Cp = calor específico a pressão constante

DT = variação de temperatura

Fazendo-se m = nM, onde n é o número de mols e m a molécula-grama, temos:

Q = nMcpDT

O produto de M do gás pelo Mcp = cp é denominado calor molar a pressão constante, sendo expresso em cal/ mol K ou J/mol K.

A quantidade de calor trocado se escreve:

Q = ncpDT

Em uma expressão isobárica, a quantidade de calor recebida é maior que o trabalho realizado.

c) Transformação isobárica:

Em uma transformação isobárica, a variação de energia interna do gás é igual à quantidade de calor trocada com o meio exterior.

DU = Q

d) transformação adiabática

Um gás sofre uma transformação adiabática quando não troca calor com o meio exterior:

Q = 0

Em uma transformação adiabática, a variação de energia interna é igual em módulo e de sinal contrário ao trabalho realizado na transformação. Aplicando a primeira lei da termodinâmica, temos:

DU = Q - ð e sendo Q = 0, tem-se: DU = - ð

6- Transformações cíclicas. Conversão de calor