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TERMODINÂMICATERMODINÂMICA
PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE SÃO PAULOPONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE SÃO PAULOPROGRAMA SUPLEMENTAR FOCO VESTIBULAR PROGRAMA SUPLEMENTAR FOCO VESTIBULAR
FÍSICA AULA 7 FÍSICA AULA 7
IntroduçãoIntrodução
• No início, ocupou-se do estudo dos processos que permitiam converter calor em trabalho
calor força,movimento
TERMODINÂMICA
IntroduçãoIntrodução
Temperatura
Grandeza física escalar que mede o grau de agitação molecular de
um corpo.
Calor Forma de transferência de energia entre os corpos de maior para os
de menor temperatura.
ESTUDO DOS GASES: ISOTERMAESTUDO DOS GASES: ISOTERMA
Lei de Boyle-Mariotte: transformações isotérmicas de uma gás a temperatura constante
Exemplo: Seringa de volume v1 sujeita a um gás p1. Se a pressão for dobrada tem-se que o volume reduz-se a metade.
ISOBÁRICAISOBÁRICA
Lei de Gay-Lussac: transformações isobáricas de um gás sob pressão constante.
Exemplo: Massa Gasosa contida em um cilindro provido de um êmbolo móvel sob pressão p constante da atmosfera
ISOCÓRICAS OU ISOMÉTRICASISOCÓRICAS OU ISOMÉTRICAS
Lei de Charles: transformações de um gás a volume constante.
Aumentando a temperatura de um gás a volume constante aumenta a pressão, caso diminua a temperatura a pressão também diminui.
Equação geral do gás idealEquação geral do gás ideal
1 1 2 2
1 2
P.V P .VT T
=
pressão constante V Tµ
volume constante P Tµ
temperatura constante 1P
Vµ
<< http://www.fisica.ufpb.br/~romero/objetosaprendizagem/Rived/15aTranstermo/animacao/anim.html >>
Variações de pressão, temperatura
e volume
ADIABÁTICAADIABÁTICA
transformação adiabática é aquela em que não há trocas de energia térmica entre o sistema e o meio exterior. Embora o gás não estabeleça trocas de energia térmica com o sistema externo, durante o processo a pressão, o volume, a temperatura e a energia interna do gás variam, não permanecendo nenhuma dessas grandezas constante.
PRINCÍPIOS DA TDPRINCÍPIOS DA TDA Termodinâmica é Baseada em Princípios Estabelecidos Experimentalmente
• O Princípio Zero Termodinâmica – é a base para a medição de temperatura
• O Primeiro Princípio da Termodinâmica – conservação da energia e da conservação da massa
• O Segundo Princípio da Termodinâmica – determina o aspecto qualitativo de processos em sistemas físicos, isto é, os processos ocorrem numa certa direcção mas não podem ocorrer na direcção oposta
IntroduçãoIntroduçãoTrabalho: Na Física, o termo é utilizado quando falamos no Trabalho realizado por uma força, ou seja, o Trabalho Mecânico. Uma força aplicada em um corpo realiza um trabalho quando produz um deslocamento no corpo.
Energia: Energia é a capacidade de executar um trabalho.Energia mecânica é aquela que acontece devido ao movimento dos corpos.
TRABALHOTRABALHO
Realização Trabalho Energia•Toda vez que existir uma diferença térmica entre dois
corpos, existe um potencial para fluxo de calor;
•A velocidade do fluxoserá dependente da natureza
e da condutividade térmica dos materiais;
CALOR SENSÍVELCALOR SENSÍVEL
Quantidade de calor sensível
Quantidade de energia térmica recebida ou cedida por um corpo, para exclusivamente variar sua temperatura.
SQ m.c. T= ∆
IntroduçãoIntrodução Calor Específico (c) é uma grandeza que caracteriza a facilidade ou dificuldade de um determinado material variar sua temperatura quando troca energia na forma de calorUnidade: cal/g.°C ou J/kg.K
http://www.if.ufrgs.br/cref/leila/calor.htm
Capacidade térmica (C) de um corpo depende de sua massa e do material que o constitui. É a quantidade de energia que devemos fornecer ao corpo para que sua temperatura varie de um valor unitário. Unidade: cal/°C ou J/K
IntroduçãoIntroduçãoQuantidade de calor latente
Quantidade de energia térmica recebida ou cedida por um corpo, para exclusivamente mudar de estado físico.
SQ m.L=Calor Latente Indica a energia necessária para uma unidade de massa mudar de estado físico sem variar
sua temperatura.
Unidade(S.I) J/kg
(prática) cal/g
IntroduçãoIntroduçãoO PRIMEIRO PRINCÍPIO DA TERMODINÂMICA
Lei da conservação da energia: a energia em um sistema pode manifestar-se sob diferentes formas como calor e trabalho.
•A energia pode ser interconvertida de uma forma para outra, mas a quantidade total de energia do universo, isto é, sistema
mais meio externo, conserva-se.
A ENERGIA INTERNA DE UM SISTEMA ISOLADO É CONSTANTE
Variação na energia interna
do sistema
Calor trocado
pelo sistema
Trabalho realizado
pelo sistema
wqU +=∆
2ª LEI DA TERMODINÂMICA2ª LEI DA TERMODINÂMICA
As usinas geradoras de eletricidade transformam energia mecânica de rotação do eixo da turbina em energia elétrica.
• Como é produzido o movimento de rotação de uma turbina a vapor?
•Numa usina termoelétrica a energia se conserva?
•E uma usina termonuclear, como funciona?
É impossível realizar um processo cujo único efeito seja a produção de trabalho às custas da energia na forma de calor retirada de uma única fonte térmica
TeoriaTeoria
http://www.fisica.ufpb.br/~romero/objetosaprendizagem/Rived/15bCarnot/animacao/anim.html
ObjetivosObjetivosMáquinas são dispositivos nos quais geralmente
ocorrem transformações de Energia para o benefício do homem
Energia (Q) Trabalho (W)
Segundo a 1ª Lei da Termodinâmica:∆U= ∆W+ ∆Q
∆U= Variação da Energia Interna do Sistema;∆W= Trabalho realizado pelo combustível;∆Q= Energia do combustível;
Utilizado para estudar as transformações em um cicloUnidade: Joules onde 1 cal= 4,184 J
hQWe /=hc QQe /1−=
TeoriaTeoria
A máquina opera num ciclo: ∆U= 0
ch QQW −=
Qc < 0, portanto e< 1
Exemplos de máquinas térmicasExemplos de máquinas térmicas
•Máquinas á Vapor;
• Termonuclear
•Motores de Combustão;
Máquinas á VaporMáquinas á Vapor• Em cada etapa, o vapor ou a água sofreram alterações de pressão, volume e temperatura;
• Energia provém da queima do combustível, variando a energia interna;
• Realização de trabalho que irá girar o eixo da turbina
TermonuclearTermonuclear• Calor provindo do Reator que utiliza urânio (U 235) para gerar o vapor;
• Núcleo Contém pastilhas de Urânio colocadas em hastes metálicas;
• Reação Nuclear: Átomo e Urânio é quebrado quando um neutron se choca com seu núcleo (fissão nuclear);
Motores de CombustãoMotores de Combustão
Link simulação: http://cref.if.ufrgs.br/~leila/motor4t.ht
m
• Formados por blocos de ferro ou alumínio fundido que contém camaras de combustão onde estão os cilindros, os quais movem os pistôes;• Cada Pistão está articulado á Virabrequim através de uma biela (movimento aos pistões)
Gráfico Ciclo completo do
motor