Aula 7 foco
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O documento discute os principais conceitos da termodinâmica em 3 frases ou menos: 1) Apresenta as leis de Boyle-Mariotte, Gay-Lussac e Charles que descrevem as transformações isotérmicas, isobáricas e isocóricas de um gás. 2) Explica os princípios da termodinâmica, incluindo o princípio zero, o primeiro princípio da conservação de energia e o segundo princípio sobre a direção dos processos. 3) Discutem máquinas térmicas como
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- 1. PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE SÃO PAULO PROGRAMA SUPLEMENTAR FOCO VESTIBULAR TERMODINÂMICA FÍSICA AULA 7
- 2. Introdução TERMODINÂMICA calor força, movimento • No início, ocupou-se do estudo dos processos que permitiam converter calor em trabalho
- 3. Introdução Grandeza física escalar que mede Temperatura o grau de agitação molecular de um corpo. Forma de transferência de energia Calor entre os corpos de maior para os de menor temperatura.
- 4. ESTUDO 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.
- 5. ISOBÁRICA 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
- 6. ISOCÓRICAS 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.
- 7. Equação geral do gás ideal pressão constante V µ T P1.V1 P2 .V2 volume constante P µ T = T1 T2 Variações de temperatura constante P µ 1 pressão, temperatura e volume V << http://www.fisica.ufpb.br/~romero/objetosaprendizagem/Rived/15aTranstermo/animacao/anim.html >>
- 8. ADIABÁTICA 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.
- 9. PRINCÍPIOS DA TD A 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
- 10. Introdução Trabalho: 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.
- 11. TRABALHO Realização Trabalho Energia •Toda vez que existir uma diferença térmica entre dois corpos, existe um potencial para fluxo de calor; •A velocidade do fluxo será dependente da natureza e da condutividade térmica dos materiais;
- 12. CALOR SENSÍVEL Quantidade de calor sensível Quantidade de energia térmica recebida ou cedida por um corpo, para exclusivamente variar sua temperatura. Q S = m.c.∆T
- 13. Introdução 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 calor Unidade: 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
- 14. Introdução Quantidade de calor latente Quantidade de energia térmica recebida ou cedida por um corpo, para exclusivamente mudar de estado físico. Q S = m.L Calor Latente Indica a energia necessária para uma unidade de massa mudar de estado físico sem variar sua temperatura. (S.I) J/kg Unidade (prática) cal/g
- 15. Introdução O 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 ∆U = q + w Variação na Calor Trabalho energia interna trocado realizado do sistema pelo pelo sistema sistema
- 16. 2ª LEI DA TERMODINÂMICA 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 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?
- 18. Objetivos Máquinas 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 ciclo Unidade: Joules onde 1 cal= 4,184 J
- 19. Teoria A máquina opera num ciclo: ∆U= 0 W = Qh − Qc e = W / Qh e = 1− Qc / Qh Qc < 0, portanto e< 1
- 20. Exemplos de máquinas térmicas •Máquinas á Vapor; • Termonuclear •Motores de Combustão;
- 21. Máquinas 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
- 22. Termonuclear • 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);
- 23. Motores de Combustão • Formados por blocos de ferro ou alumínio fundido que contém camaras de combustão onde estão os cilindros, os quais movem os Link simulação: http://cref.if.ufrgs.br/~leila/motor4t.ht pistôes; m • Cada Pistão está articulado á Virabrequim através de Gráfico Ciclo completo do uma biela (movimento aos motor pistões)