_Termodinâmica

TERMODINÂMICAPág 03 Tem no material Copia CAPÍTULO 01 PÁG 03 GÁS IDEAL OU PERFEITO Gás que não existe por satisfazer certas hipóteses. Pág 01 HIPÓTESES 1) As partículas possuem movimento aleatório no recipiente. 2) As partículas possuem velocidades iguais e equivalente a velocidade média das partículas. 3) A interação entre as partículas só ocorre durante as colisões. 4) Os choques das partículas são colisões elásticas. 5) O volume das partículas é desprezível frente ao do recipiente. GÁS REAL ≈ GÁS IDEAL Pág 01 O gás real se aproxima de um gás ideal quando está em altas temperaturas e baixas pressões. Altas temperaturas: Força na colisão Velocidade Força na colisão Forças eletromagnéticas >> Baixas Pressões: Distância entre as partículas Forças eletromagnéticas entre as partículas k VARIÁVEL DE ESTADO Variável que só depende do estado. VB .Pressão V .082 atm. TA . P A B V Estado B: PB .Volume T – Temperatura n – número de mols R – Constante universal dos gases R = 8.T P . TB Estado A: PA .L/mol. Temperatura.k = 0.EQUAÇÃO DE CLAYPERON (Equação do gás ideal) P.31 J/mol. Energia interna e Entropia.V = n. Ex: Pressão. VA .R. Volume. Gás ideal: P.R.V = k P=k/V P. V0 = P .TRANSFORMAÇÕES TERMODINÂMICAS Transformação isotérmica A temperatura do gás permanece constante.V = constante Pág 07 T1 .V = n.T => P0 . V DIAGRAMA P x V P. Gás ideal: P.V = k P=k/V P.TRANSFORMAÇÕES TERMODINÂMICAS Transformação isotérmica A temperatura do gás permanece constante. V DIAGRAMA P x V P. maior a sua temperatura.T => P0 .V = n. V0 = P .R.V = constante Pág 07 Isoterma T2 T1 T2 > T1 Quanto maior a distância da isoterma em relação a origem. . Gás ideal: P.V = n.R.TRANSFORMAÇÕES TERMODINÂMICAS Transformação isobárica A pressão do gás permanece constante.T => V / T = n.R / P => V / T = constante Pág 09 V0 / T0 = V / T DIAGRAMA P x V . T => P / T = n. Gás ideal: P.V = n.R.R / V => Pág 10 P / T = constante P0 / T0 = P / T DIAGRAMA P x V .TRANSFORMAÇÕES TERMODINÂMICAS Transformação isocórica ou isovolumétrica ou isométrica O volume do gás permanece constante. V / n.R => P.V0 / T0 = P.V / n.R.R.V / T = n.T => P.T0 = P.TRANSFORMAÇÕES TERMODINÂMICAS Transformação Geral A pressão.T . o volume e a temperatura variam.V / n. Gás ideal: P.V0 / n0.T => P.T = constante Lei geral dos gases perfeitos P0.V = n.V = n.T = R => P.V / T Obs: Quando há escapamento ou introdução de gás (n variável): Gás ideal: P.V / T = constante P0. V1 . V2 . T1 ) .REPRODUÇÃO EXPERIMENTAL DAS TRANSFORMAÇÕES Transformação Isotérmica Expansão Isotérmica Q FONTE ( T1 ) FONTE ( T1 ) Variáveis de estado do gás ( P1 . T1 ) Variáveis de estado do gás ( P2 . REPRODUÇÃO EXPERIMENTAL DAS TRANSFORMAÇÕES Transformação Isotérmica Contração Isotérmica Q FONTE ( T1 ) FONTE ( T1 ) Variáveis de estado do gás ( P1 . V1 . T1 ) . T1 ) Variáveis de estado do gás ( P2 . V2 . V2 . T1 ) FONTE QUENTE ( T2 ) Variáveis de estado do gás ( P1 .REPRODUÇÃO EXPERIMENTAL DAS TRANSFORMAÇÕES Transformação Isobárica Expansão Isobárica Q FONTE QUENTE ( T2 ) Variáveis de estado do gás ( P1 . V1 . T2 ) . V1 .REPRODUÇÃO EXPERIMENTAL DAS TRANSFORMAÇÕES Transformação Isobárica Contração Isobárica Q FONTE FRIA ( T1 ) Variáveis de estado do gás ( P1 . V2 . T1 ) . T2 ) FONTE FRIA ( T1 ) Variáveis de estado do gás ( P1 . V1 . V1 .REPRODUÇÃO EXPERIMENTAL DAS TRANSFORMAÇÕES Transformação Isométrica Transformação Isométrica Q FONTE QUENTE ( T2 ) FONTE QUENTE ( T2 ) Variáveis de estado do gás ( P2 . T1 ) . T2 ) Variáveis de estado do gás ( P1 . T1 ) FONTE FRIA T1 ) Variáveis de estado do gás ( P2 . V1 . V1 .REPRODUÇÃO EXPERIMENTAL DAS TRANSFORMAÇÕES Transformação Isométrica Transformação Isométrica Q FONTE FRIA ( T1 ) Variáveis de estado do gás ( P1 . T2 ) ( . Processo quase estático = muito lento . Transformação isocórica Quando o êmbolo está fixo. Nas transformações isotérmica e isobárica: Na expansão o gás recebe calor e na contração perde calor. o peso sobre o êmbolo não muda e o processo é quase estático.REPRODUÇÃO EXPERIMENTAL DAS TRANSFORMAÇÕES Transformação isotérmica Quando a fonte e o gás estão a mesma temperatura e altera-se lentamente (processo quase estático) o peso sobre o êmbolo. Transformação isobárica Quando a fonte e o gás estão a temperaturas diferentes. d)Durante o processo A B. b)Durante o processo B C.(PUCMG 2001) Sobre a situação mostrada. c)No estado A. o volume do gás é aproximadamente 125 cm³. a pressão do gás permanece constante.01. o produto do volume do gás pela sua temperatura expressa em kelvins permanece constante. é CORRETO afirmar: a)A temperatura do gás em B é igual à temperatura do gás em A. . 06. é a) 82 b) 164 c) 327 d) 491 e) 654 Aplicando-se a lei geral dos gases perfeitos: PA.TC => 2 .VC/nC.VA/nA. 2 / TC => TC = 327 ºC TC = TA . em °C. Sendo a temperatura no estado A igual a 327°C. a temperatura no estado C. (Puccamp 2001) Certa amostra de gás perfeito sofre as transformações A-B e B-C indicadas no diagrama pV. 1 / TA = 1 .TA = PC. III e V e) III. pressão P. isobárico e isovolumétrico. Os gráficos que representam os processos isotérmico. a) I.(UFV 2001) Os gráficos a seguir ilustram transformações termodinâmicas de uma massa constante de uma gás ideal. relacionando as variáveis de estado termodinâmico.20. II e V Isotérmico (P. IV e II c) II. III e IV d) I. volume V e temperatura T. respectivamente. II e III b) III.V = k) Isobárico (V / T = k) Isocórico (P / T = k) - (III) (IV) (II) . são. porém. Ao chegar ao pico. a pressão do gás. V / n . no interior do balão. (6 / 5) . Com base nessas informações.56.V0 / T0 = P . (4 / 3) P = 3.(6/5V0) / (9T0/10) P0 = P . (10 / 9) P0 = P .P0/4 . (UFMG 2005) Gabriela segura um balão com gás hélio durante uma viagem do Rio de Janeiro até o pico das Agulhas Negras. e o gás estava à pressão p0 e temperatura T0. é a) p0 b) 3/4 p0 c) 9/10 p0 d) 5/6 p0 Aplicando-se a lei geral dos gases perfeitos: P0 . é CORRETO afirmar que. No Rio de Janeiro.T P0. V0 / n0 .T0 = P . medida em Kelvin. Gabriela observa que o volume do balão passa ser 6/5 V0 e a temperatura do gás. o volume do balão era V0. no pico das Agulhas Negras. 9/10 T0. Assinale a alternativa cujo gráfico MELHOR representa a pressão em função da temperatura do gás na situação descrita. Transformação Isocórica (P / T = k) . (UFMG 2006) Regina estaciona seu carro.57. ao Sol. movido a gás natural. Considere que o gás no reservatório do carro se comporta como um gás ideal. 2 . em 10² K.0 b) 4.L / mol . Considerando o vapor de água como um gás ideal e desprezando o pequeno volume de água que se transformou em vapor.082 atm.102 K R = 8. (UFPE 2005) Uma panela de pressão com volume interno de 3. a quantidade de vapor de água que preenche o espaço restante é de 0. 0. a) 4.V = n .5 d) 4.2 c) 4.59. k 2L . 2 = 0.0 Aplicando-se a equação de Clayperon: P.0 litros e contendo 1.1 / 0.31 J / mol .0 litro de água é levada ao fogo. No equilíbrio térmico.7 e) 5. calcule a temperatura. k R = 0.2 mol. R . T 4. atingida dentro da panela.1 .0164 = T T = 494 K T = 4.94. T 8.1 atm. A válvula de segurança da panela vem ajustada para que a pressão interna não ultrapasse 4.082 . A . ΔV FONTE QUENTE (T) P=F/A W = P . cos0o => W = P . d => (Trabalho de um gás a pressão constante) .TRABALHO DE UM GÁS Pág 05 F d Expansão Isobárica FONTE QUENTE (T) Para uma força constante: W = F . cosθ W = F . d . d . TRABALHO DE UM GÁS W = P . ΔV (Trabalho de um gás a pressão constante) Pág 05 F d Expansão Isobárica FONTE QUENTE (T) V > V0 ΔV > 0 FONTE QUENTE (T) W > 0 ( Trabalho positivo ) Trabalho motor (Trabalho realizado pelo sistema) . T1 ) V < V0 ΔV < 0 FONTE FRIA ( T1 ) Variáveis de estado do gás ( P1 . ΔV (Trabalho de um gás a pressão constante) Pág 05 Contração Isobárica FONTE FRIA ( T1 ) Variáveis de estado do gás ( P1 . V1 . T2 ) W < 0 ( Trabalho negativo ) Trabalho resistente (Trabalho realizado sobre sistema) . V2 .TRABALHO DE UM GÁS W = P . N .TRABALHO DE UM GÁS (Pressão variável) W = P . cosθ Trabalho de uma força variável: A = W A área do gráfico F x d é numericamente igual ao trabalho. d . ΔV (Trabalho de um gás a pressão constante) LEMBRETE Trabalho de uma força constante: W = F . ΔV (Trabalho de um gás a pressão constante) Pág 06 A = W A área do gráfico P x V é numericamente igual ao trabalho.TRABALHO DE UM GÁS (Pressão variável) W = P . N . W +W V 0 V W=b. ΔV N Quando o gás se expande o trabalho é realizado pelo gás e quando se contrai é realizado sobre o gás. .h W = (V – V0) . P W = P .TRABALHO DE UM GÁS EXEMPLOS Ex1:Transformação isobárica Pág 06 A = W P . TRABALHO DE UM GÁS EXEMPLOS Ex2:Transformação isométrica A = W W=0 N Quando o gás não varia seu volume não há realização de trabalho. . TRABALHO DE UM GÁS EXEMPLOS Ex3:Transformação isotérmica P0 A = W N P V 0 V . o trabalho realizado na transformação isotérmica do gráfico? 105 N / m 1 m3 . aproximadamente.TRABALHO DE UM GÁS EXEMPLOS Ex3:Transformação isotérmica Qual é. aproximadamente.TRABALHO DE UM GÁS EXEMPLOS Ex3:Transformação isotérmica Qual é. o trabalho realizado na transformação isotérmica do gráfico? 105 N / m 1 m3 . aproximadamente.TRABALHO DE UM GÁS EXEMPLOS Ex3:Transformação isotérmica Qual é. o trabalho realizado na transformação isotérmica do gráfico? 105 N / m 1 m3 . o trabalho realizado na transformação isotérmica do gráfico? Área de 1 quadrado: W = 105 J W = 5. aproximadamente.105 J 105 N / m2 1 m3 .TRABALHO DE UM GÁS EXEMPLOS Ex3:Transformação isotérmica Qual é. TRABALHO DE UM GÁS EXEMPLOS Ex4:Transformação cíclica (Sentido horário) Pág 12 A = W N W > 0 ( Trabalho positivo ) Trabalho motor (Trabalho realizado pelo sistema) O trabalho de um processo cíclico é numericamente igual a área dentro do ciclo no diagrama P x V. . .TRABALHO DE UM GÁS EXEMPLOS Ex4:Transformação cíclica (Sentido anti-horário) Pág 12 A = W N W < 0 ( Trabalho negativo ) Trabalho resistente (Trabalho realizado sobre sistema) O trabalho de um processo cíclico é numericamente igual a área dentro do ciclo no diagrama P x V. (PUCMG 2001) Ainda sobre a mesma situação da questão anterior. V b)No processo A B C. não há qualquer realização de trabalho. . e há transferência de calor da vizinhança para o sistema. mas seu valor é menor que 130J. há um trabalho total positivo realizado pelo gás sobre a vizinhança. é FALSO afirmar: a)No processo C A há transferência de calor da amostra de gás para a vizinhança. V c)No processo completo A B C A. há um trabalho total positivo realizado pelo gás sobre a vizinhança. nem pela amostra de gás. d)No processo B C. nem pela vizinhança.02. nem pela amostra de gás. e há transferência de calor da vizinhança para o sistema.(PUCMG 2001) Ainda sobre a mesma situação da questão anterior. . nem pela vizinhança. V c)No processo completo A B C A. V b)No processo A B C. mas seu valor é menor que 130J. há um trabalho total positivo realizado pelo gás sobre a vizinhança. há um trabalho total positivo realizado pelo gás sobre a vizinhança. é FALSO afirmar: a)No processo C A há transferência de calor da amostra de gás para a vizinhança. d)No processo B C.02. não há qualquer realização de trabalho. 02. há um trabalho total positivo realizado pelo gás sobre a vizinhança.(PUCMG 2001) Ainda sobre a mesma situação da questão anterior. e há transferência de calor da vizinhança para o sistema. nem pela vizinhança. V b)No processo A B C. mas seu valor é menor que 130J. d)No processo B C. é FALSO afirmar: a)No processo C A há transferência de calor da amostra de gás para a vizinhança. . nem pela amostra de gás. V c)No processo completo A B C A. há um trabalho total positivo realizado pelo gás sobre a vizinhança. não há qualquer realização de trabalho. não há qualquer realização de trabalho. . V c)No processo completo A B C A. há um trabalho total positivo realizado pelo gás sobre a vizinhança. e há transferência de calor da vizinhança para o sistema. é FALSO afirmar: a)No processo C A há transferência de calor da amostra de gás para a vizinhança. nem pela amostra de gás. d)No processo B C. há um trabalho total positivo realizado pelo gás sobre a vizinhança. nem pela vizinhança.02. V b)No processo A B C.(PUCMG 2001) Ainda sobre a mesma situação da questão anterior. mas seu valor é menor que 130J. é FALSO afirmar: a)No processo C A há transferência de calor da amostra de gás para a vizinhança. nem pela vizinhança. não há qualquer realização de trabalho. . V b)No processo A B C. há um trabalho total positivo realizado pelo gás sobre a vizinhança. nem pela amostra de gás.(PUCMG 2001) Ainda sobre a mesma situação da questão anterior. e há transferência de calor da vizinhança para o sistema. mas seu valor é menor que 130J.02. há um trabalho total positivo realizado pelo gás sobre a vizinhança. V c)No processo completo A B C A. d)No processo B C. (PUCMG 2001) Ainda sobre a mesma situação da questão anterior. V c)No processo completo A B C A. não há qualquer realização de trabalho.250. e há transferência de calor da vizinhança para o sistema. há um trabalho total positivo realizado pelo gás sobre a vizinhança. V b)No processo A B C.10-6 W = 12250.250. 49 QUADROS 1 Quadro = 104.10-6 W = 49. nem pela vizinhança. há um trabalho total positivo realizado pelo gás sobre a vizinhança.02. mas seu valor é menor que 130J.5 J 10-6 m3 .104. é FALSO afirmar: a)No processo C A há transferência de calor da amostra de gás para a vizinhança.10-2 W = 122. nem pela amostra de gás. V d)No processo B C. podemos afirmar que o trabalho a)é mínimo na transformação 1 5 2. . e)é o mínimo na transformação 1 4 2.(Fatec 2003) Um sistema pode ir de um estado termodinâmico inicial (1) a um estado final (2) por diferentes caminhos. Veja-se a figura: Nas transformações por que passa o sistema de (1) para (2). b)é máximo na transformação 1 4 2.04. c)é o mesmo em qualquer transformação. d)é o máximo na transformação 1 3 4 2. d)é o máximo na transformação 1 3 4 2. c)é o mesmo em qualquer transformação.(Fatec 2003) Um sistema pode ir de um estado termodinâmico inicial (1) a um estado final (2) por diferentes caminhos. . podemos afirmar que o trabalho a)é mínimo na transformação 1 5 2. Veja-se a figura: Nas transformações por que passa o sistema de (1) para (2). e)é o mínimo na transformação 1 4 2. b)é máximo na transformação 1 4 2.04. podemos afirmar que o trabalho a)é mínimo na transformação 1 5 2. . e)é o mínimo na transformação 1 4 2. d)é o máximo na transformação 1 3 4 2. Veja-se a figura: Nas transformações por que passa o sistema de (1) para (2).(Fatec 2003) Um sistema pode ir de um estado termodinâmico inicial (1) a um estado final (2) por diferentes caminhos.04. b)é máximo na transformação 1 4 2. c)é o mesmo em qualquer transformação. Veja-se a figura: Nas transformações por que passa o sistema de (1) para (2). d)é o máximo na transformação 1 3 4 2. b)é máximo na transformação 1 4 2. e)é o mínimo na transformação 1 4 2.04.(Fatec 2003) Um sistema pode ir de um estado termodinâmico inicial (1) a um estado final (2) por diferentes caminhos. c)é o mesmo em qualquer transformação. podemos afirmar que o trabalho a)é mínimo na transformação 1 5 2. O trabalho é mínimo no processo 1-4-2 e máximo no processo 1-3-2. . Veja-se a figura: Nas transformações por que passa o sistema de (1) para (2).(Fatec 2003) Um sistema pode ir de um estado termodinâmico inicial (1) a um estado final (2) por diferentes caminhos. O trabalho é mínimo no processo 1-4-2 e máximo no processo 1-3-2. e)é o mínimo na transformação 1 4 2. .04. c)é o mesmo em qualquer transformação. b)é máximo na transformação 1 4 2. podemos afirmar que o trabalho a)é mínimo na transformação 1 5 2. d)é o máximo na transformação 1 3 4 2. . conforme as curvas I. e)O trabalho na evolução II é negativo. Sobre essas evoluções. II e III. b)Na evolução I o gás cedeu calor.(UEL 2001) O gráfico abaixo.08. que relaciona a pressão com o volume. c)O trabalho realizado pelo gás na evolução I é maior que o trabalho realizado na evolução II. d)Na evolução I a temperatura diminui. é correto afirmar: a)A evolução III é isotérmica. apresenta três evoluções de gases. .08. é correto afirmar: a)A evolução III é isotérmica. apresenta três evoluções de gases. Sobre essas evoluções. II e III. b)Na evolução I o gás cedeu calor. conforme as curvas I. c)O trabalho realizado pelo gás na evolução I é maior que o trabalho realizado na evolução II. d)Na evolução I a temperatura diminui.(UEL 2001) O gráfico abaixo. que relaciona a pressão com o volume. Como a área abaixo da reta I é maior do que a área abaixo da reta II. WI > WII. e)O trabalho na evolução II é negativo. (UFMG 2001) Um gás ideal. respectivamente. em um estado inicial i. II e III. pode ser levado a um estado final f por meio dos processos I. d)WI > WII > WIII. é CORRETO afirmar que a)WI < Wll < WIII. c)WI = WIII > WII. WII e WIII os módulos dos trabalhos realizados pelo gás nos processos I.15. Com base nessas informações. II e III. representados neste diagrama de pressão versus volume: Sejam WI. . b)WI = WII = WIII. d)WI > WII > WIII.(UFMG 2001) Um gás ideal. é CORRETO afirmar que a)WI < Wll < WIII. representados neste diagrama de pressão versus volume: Sejam WI. Com base nessas informações. b)WI = WII = WIII. II e III. WII e WIII os módulos dos trabalhos realizados pelo gás nos processos I. em um estado inicial i. pode ser levado a um estado final f por meio dos processos I. respectivamente. . II e III. c)WI = WIII > WII.15. II e III. II e III.(UFMG 2001) Um gás ideal. é CORRETO afirmar que a)WI < Wll < WIII. representados neste diagrama de pressão versus volume: Sejam WI.15. d)WI > WII > WIII. b)WI = WII = WIII. respectivamente. . pode ser levado a um estado final f por meio dos processos I. Com base nessas informações. em um estado inicial i. WII e WIII os módulos dos trabalhos realizados pelo gás nos processos I. c)WI = WIII > WII. (UFMG 2001) Um gás ideal. em um estado inicial i. representados neste diagrama de pressão versus volume: Sejam WI.15. é CORRETO afirmar que a)WI < Wll < WIII. respectivamente. WII e WIII os módulos dos trabalhos realizados pelo gás nos processos I. . Com base nessas informações. d)WI > WII > WIII. b)WI = WII = WIII. II e III. pode ser levado a um estado final f por meio dos processos I. II e III. c)WI = WIII > WII. é: a) 8 b) 8000 Sabendo-se que o trabalho num ciclo é numericamente igual a área do ciclo e aplicando-se a definição de c) 80 potência: d) 0.53.8 P = W / Δt e) 800 P = 10 . 4. 0.103 W P = 800 kW .105 W P = 800.105 / 1 P = 8. (Ufv 2000) Uma máquina térmica executa o ciclo representado no gráfico seguinte: Se a máquina executa 10 ciclos por segundo. a potência desenvolvida. em quilowatt.2 . O ciclo é composto pelos processos termodinâmicos a b. . b c e c a. Assinale entre as alternativas abaixo aquela que contém o diagrama P×V equivalente ao ciclo P×T.(UFC 2005) Um gás ideal sofre o processo cíclico mostrado no diagrama P × T.62. conforme figura abaixo. V . ΔU é o mesmo em cada processo.ENERGIA INTERNA ( U ) Pág 05 É uma variável de estado que mede a soma das energias de todas as partículas do sistema. P A B Em qual dos processos a variação de energia interna é maior? Como a energia interna é uma variável de estado. VARIÁVEL DE ESTADO Variável que só depende do estado. Portanto. a energia interna inicial e a final são iguais.ENERGIA INTERNA ( U ) Pág 05 É uma variável de estado que mede a soma das energias de todas as partículas do sistema. VARIÁVEL DE ESTADO Variável que só depende do estado. P A Qual a variação de energia interna num processo cíclico? Como a energia interna é uma variável de estado. ΔU = 0. V . n.1023 => k = 1.K Gás real ≈ Gás ideal (Altas temp.T / 2 k = R / NA => k = 8.38.T / 2 U = n.n.k. e baixas pressões) U = N . ECM = 3.ENERGIA INTERNA ( U ) Pág 05 É uma variável de estado que mede a soma das energias de todas as partículas do sistema.T ΔU = (3/2).T / 2 U = (3/2).NA.R. 3. ECM U = N .k.31 / 6.10-23 J / molécula.02. 3.R.ΔT (Gás ideal monoatômico) n = N / NA .(R / NA). T2 < T1 (resfriamento) => ΔT < 0 => ΔU < 0 (U diminui). T2 = T1 (T não varia) => ΔT = 0 => ΔU = 0 (U não varia).ΔT T2 > T1 (aquecimento) => ΔT > 0 => ΔU > 0 (U aumenta). ΔU = (3/2). .LEI DE JOULE Pág 06 A energia interna de uma dada massa de gás ideal só depende da temperatura.R.n. R. . ΔU = (3/2).T 2) A energia interna de uma dada massa de gás ideal só depende da temperatura (Lei de Joule).n.V = n.R.LEI DE JOULE Pág 06 A energia interna de uma dada massa de gás ideal só depende da temperatura.ΔT GÁS IDEAL 1) Pode-se usar a equação de Clayperon P. c) o processo AB é uma compressão isotérmica. como mostrado no diagrama pressão × temperatura da figura. e do estado B ao estado C pelo processo BC. lei de Joule F F . d) durante o processo AB a energia interna do gás não varia. Com base nesse diagrama. F Processo isotérmico: P. b) durante o processo BC a energia interna do gás não varia. e) a energia interna do gás é a mesma nos estados A e C. pode-se afirmar que a) o volume ocupado pelo gás é maior no estado A que no estado B.11. (UFES 2000) Certa quantidade de um gás ideal é levada do estado A ao estado B pelo processo AB.V = const. O gás é aquecido. quando passa a ocupar um volume de 3. até a temperatura T2.10-3 => F V V / T = const.63. 02) A força exercida pelo gás sobre o êmbolo vale 2 × 105 N. aumenta linearmente com a temperatura. ΔV => W = 105 . à temperatura T1. pode-se afirmar: 01) O processo é isobárico.5 m². Nessas condições. contém um gás ideal que ocupa um volume de 3 L. Durante o processo. lentamente.5. 0. durante o processo. a superfície externa do êmbolo.102 => W = 50 J . está sob a ação de pressão atmosférica constante e igual a 105 N/m². (UFBA 2002) Um cilindro. ( isobárica ) W = 0.105 e 16) A velocidade/ média das moléculas/do gás é a mesma no início N no fim do processo.5. V 08) O gás realiza trabalho de 50J sobre a vizinhança.5 => F = 0.5. 32) O volume do gás.5 L. 1 L = 10-3 m3 04) A energia interna do gás permanece constante durante o processo. F P = F A => 105 = F 0. F V W = P . munido de um êmbolo móvel. cuja área vale 0. II e III estão corretas lei de Joule V .QUESTÃO EXTRA (PUC-MG) Uma certa massa de gás ideal é submetida a uma série de transformações mostradas na figura a seguir: As afirmativas seguintes foram feitas em relação a essas transformações: I. O trabalho total trocado com o meio externo pode ser obtido pela área do triângulo ABC. A transformação CA corresponde a uma expansão isovolumétrica. V Assinale: a) se somente a afirmativa I está correta b) se somente a afirmativa II está correta c) se somente as afirmativas I e II estão corretas F d) se somente as afirmativas II e III estão corretas e) se as afirmativas I. B é o ponto onde a energia interna do gás é máxima. III. II. L O estado com maior produto P.QUESTÃO EXTRA (UEL-98) Uma amostra de gás perfeito foi submetida às transformações indicadas no diagrama PV a seguir. os estados de maior e de menor temperatura foram.4 => P3.L P3. Nessa seqüência de transformações.L P4. .V1 = 10.L P5.2 => P4.V2 = 28 atm. a) 1 e 2 b) 1 e 3 c) 2 e 3 d) 3 e 4 e) 3 e 5 P1.V3 = 4. respectivamente.V3 = 8 atm.V5 = 2.V4 = 3.L P2.8 => P1.V1 = 20 atm.V2 = 7.V4 = 15 atm.5 => P5.V possui maior temperatura.2 => P2.V5 = 16 atm. .PRIMEIRA LEI DA TERMODINÂMICA Pág 07 W = 400 J W d Expansão Isobárica Q = 1000 J Q ΔU = 600 J FONTE QUENTE (T) FONTE QUENTE (T) ΔU = Q – W (1ª lei da termodinâmica) A variação da energia interna de um sistema é igual ao calor trocado menos o trabalho realizado. . 3) É uma reafirmação do princípio da conservação da energia.W Comentários Pág 07 1) Introduz a variável de estado energia interna (U). 2) Mostra que o calor é uma forma de energia.PRIMEIRA LEI DA TERMODINÂMICA ΔU = Q . PRIMEIRA LEI DA TERMODINÂMICA ΔU = Q .Trabalho realizado pelo gás) Volume diminui ( W < 0 .W CONVENÇÃO • Pág 07 Calor trocado ( Q ) Recebe calor ( Q > 0 ) Perde calor (Q<0) • Trabalho realizado ( W ) Volume aumenta ( W > 0 . Trabalho realizado sobre o gás) • Variação da energia interna de um gás ideal ( ΔU ) Temperatura aumenta ( ΔU > 0 ) Temperatura diminui ( ΔU < 0 ) lei de Joule . Qual a variação de energia interna do gás? Aplicando-se a 1ª lei de termodinâmica: ΔU = Q .W EXEMPLO Pág 07 Um gás perde 50 J de calor e é realizado sobre o gás um trabalho de 80J.PRIMEIRA LEI DA TERMODINÂMICA ΔU = Q .50 + 80 ΔU = 30 J .W ΔU = .50 – ( .80 ) ΔU = . .APLICAÇÕES DA 1ª LEI DA TERMODINÂMICA Transformação isotérmica de um gás ideal ΔU = Q .W ΔT = 0 => ΔU = 0 0=Q-W ( Lei de Joule) Pág 08 Q=W Transformação isotérmica de um gás ideal Todo o calor trocado é usado para realizar trabalho. 0 ΔU = Q Transformação isocórica Todo o calor trocado é usado para variar a energia interna.W Pág 11 ΔV = 0 => W = 0 ΔU = Q . .APLICAÇÕES DA 1ª LEI DA TERMODINÂMICA Transformação isocórica (volume constante) ΔU = Q . .APLICAÇÕES DA 1ª LEI DA TERMODINÂMICA Expansão isobárica de um gás ideal ΔU = Q .W Pág 10 V / T = constante ΔT > 0 => ΔU > 0 Q>W (Lei de Joule) Expansão isobárica de um gás ideal A quantidade de calor recebida é maior que o trabalho realizado. W W = 400 J d Q = 1000 J Expansão Isobárica ΔU = 600 J W Q FONTE QUENTE (T) FONTE QUENTE (T) ΔU = 600 J Expansão isobárica A quantidade de calor recebida é maior que o trabalho realizado.APLICAÇÕES DA 1ª LEI DA TERMODINÂMICA Expansão isobárica ΔU = Q . . Expansão adiabática . Pág 08 Essa transformação pode ocorrer em duas situações: 1) Gás contido num recipiente de paredes adiabáticas.APLICAÇÕES DA 1ª LEI DA TERMODINÂMICA Transformação Adiabática Quando não há trocas de calor do sistema com o ambiente. Parede diatérmica: Parede que permite trocas de calor. Pág 08 Essa transformação pode ocorrer em duas situações: 2) Transformação realizada rapidamente. Expansão adiabática O êmbolo é puxado rapidamente.APLICAÇÕES DA 1ª LEI DA TERMODINÂMICA Transformação Adiabática Quando não há trocas de calor do sistema com o ambiente. . W Transformação adiabática O trabalho realizado ocorre às custas da energia interna. Pág 09 ΔU = Q .W ΔU = 0 . .APLICAÇÕES DA 1ª LEI DA TERMODINÂMICA Transformação Adiabática Quando não há trocas de calor do sistema com o ambiente.W ΔU = . W => W>0 ΔU < 0 ΔV < 0 => ΔU = .APLICAÇÕES DA 1ª LEI DA TERMODINÂMICA Transformação Adiabática Quando não há trocas de calor do sistema com o ambiente.W => W<0 ΔU > 0 Temperatura diminui Temperatura aumenta . ΔU = .W EXEMPLOS a) Expansão (gás ideal) b) contração (gás ideal) Pág 09 ΔV > 0 => ΔU = . o que aumenta a sua temperatura. Ex1: Por que a bomba fica aquecida ao encher uma bola? O gás no interior da bomba sofre uma contração adiabática.APLICAÇÕES DA 1ª LEI DA TERMODINÂMICA Transformação Adiabática Quando não há trocas de calor do sistema com o ambiente. Ex2: Soprar com a boca aberta ou quase fechada Pág 09 Ex3: Gás frio expelido pelo desodorante aerosol Ex4: Espuma do champagne Ex5: Rastro deixado pelo foguete . DIAGRAMA P x V Pág 10 .APLICAÇÕES DA 1ª LEI DA TERMODINÂMICA Transformação Adiabática Quando não há trocas de calor do sistema com o ambiente. REPRODUÇÃO EXPERIMENTAL DAS TRANSFORMAÇÕES TRANSFORMAÇÃO ADIABÁTICA 1) Quando o gás evolui num recipiente de paredes adiabáticas (a velocidade do processo é irrelevante). 2) Quando o gás evolui muito rapidamente num recipiente de paredes diatérmica. . respectivamente. Q2 e W2. . representados no diagrama P×V da figura a seguir. pois os processos ocorrem entre os mesmos pontos (a energia interna é uma variável de estado). Assim. da 1ª lei da termodinâmica.12.(UFES 2004) Uma certa quantidade de gás ideal é levada de um estado inicial a um estado final por três processos distintos. Q1 e W1. Q3 e W3. troca maior calor o processo que realiza maior trabalho. O calor e o trabalho associados a cada processo são. Está correto afirmar que: a)W1 = W2 = W3 e Q1 = Q2 = Q3 b)W1 < W2 < W3 e Q1 < Q2 < Q3 c)W1 > W2 > W3 e Q1 > Q2 > Q3 d)W1 = W2 = W3 e Q1 < Q2 < Q3 F e)W1 > W2 > W3 e Q1 = Q2 = Q3 F F ΔU = Q – W = constante ΔU1 = ΔU2 = ΔU3 . (3/2)n.R. ( ) o calor absorvido no trecho AB é igual ao trabalho realizado pelo gás. F ( ) na expansão adiabática (trecho BC). ΔU = Q – W => V F ΔU = Q – W (3/2)n. mostra as transformações termodinâmicas sofridas por n moles de um gás ideal. Assim. ( ) as variações de energia interna do gás nos trechos ABC e ADC são diferentes.ΔT = – W W = .13.(UFG 2000) O diagrama ao lado. nesse trecho.(T0 – T1) W α (T0 – T1) Q=W . da pressão em função do volume.R. o trabalho realizado pelo gás é diretamente Energia interna é uma variável de estado proporcional a T0 .(T0 – T1) W = k.T1. o gás absorve calor. (V ) tanto no trecho AD quanto no trecho DC. 5kJ e 1.5kJ.5kJ.5kJ.0kJ e -1. realizando-se um trabalho de -1.5kJ.5 kJ .(PUCRS 2003) Uma certa quantidade de ar contido num cilindro com pistão é comprimida adiabaticamente.5kJ e -1.5) ΔU = 1. respectivamente. c) 0. os valores do calor trocado com o meio externo e da variação de energia interna do ar nessa compressão adiabática são.0kJ e 1.0kJ. a) -1. d) 1.40. Portanto. b) 0.5kJ.5kJ e 0. e) 1. A partir da 1ª lei da termodinâmica: ΔU = Q – W ΔU = 0 – (-1. d) aumenta 30 J. O êmbolo pode deslizar sem atrito ao longo do cilindro. b) diminui 30 J. O gás absorve uma quantidade de calor de 40J da fonte térmica e se expande lentamente. fazendo o êmbolo subir até atingir uma distância de 10cm acima da sua posição original.0. Aplicando-se a 1ª lei da termodinâmica: ΔU = Q – W ΔU = Q – F . no interior do qual existe uma certa quantidade de gás ideal.41.(UFES 2001) Um cilindro de parede lateral adiabática tem sua base em contato com uma fonte térmica e é fechado por um êmbolo adiabático pesando 100N. Nesse processo. e) aumenta 50 J. d ΔU = 40 – 100. a energia interna do gás a) diminui 50 J. c) não se modifica.1 ΔU = 30 J (Expansão isobárica) . quando recebe uma quantidade de calor Q = 6 J. b) Aplicando-se a 1ª lei da termodinâmica: ΔE = Q – T => 0 = 6 – T => T=6J .(Vunesp 2003) Um gás. b)Determine o valor do trabalho T realizado pelo gás durante esse processo. a) A partir da lei de Joule sabe-se que numa expansão isotérmica de um gás ideal a variação de energia interna é nula (ΔE = 0). que se comporta como gás ideal. sofre expansão sem alteração de temperatura.58. a)Determine o valor ΔE da variação da energia interna do gás. por não ocorrer variação da sua energia interna. por não ocorrer troca de calor com o meio externo. b)o trabalho realizado correspondeu ao aumento da energia interna desse ar. .(UFSCar 2005) Mantendo uma estreita abertura em sua boca. c)o trabalho realizado correspondeu ao aumento da quantidade de calor trocado por esse ar com o meio.60. uma vez que o ar não cedeu calor para o meio e não sofreu variação de energia interna. e)não houve realização de trabalho. durante a qual a)o trabalho realizado correspondeu à diminuição da energia interna desse ar. por não ocorrer troca de calor com o meio externo. assopre com vigor sua mão agora! Viu? Você produziu uma transformação adiabática! Nela. uma ΔU = – W ar não absorveu calor do meio e vez que o não sofreu variação de energia interna. o ar que você expeliu sofreu uma violenta expansão. ΔU = de W => d)não houve realizaçãoQ – trabalho. Destas três quantidades expressas na primeira lei: a)ΔQ independe do processo ocorrido entre o estado inicial e o estado final. b)ΔU independe do processo ocorrido entre o estado inicial e o estado final.64.(UECE 2004) A primeira lei da Termodinâmica trata do princípio da conservação de energia em sistemas termodinâmicos. Ela afirma que uma quantidade de calor ΔQ cedida a um sistema pode causar uma variação em sua energia interna ΔU ou realizar um trabalho ΔW sobre ele. Energia interna é uma variável de estado . d)todas elas dependem do processo ocorrido entre o estado inicial e o estado final. c)ΔW independe do processo ocorrido entre o estado inicial e o estado final. MÁQUINAS TÉRMICAS Pág 12 Dispositivo que operando em ciclos transforma parte da energia retirada da fonte quente em energia útil (trabalho). Fonte Quente QQ W Q F Fonte Fria Do princípio da conservação da energia: QQ = W + QF W = QQ .QF Rendimento (η): η = W / QQ η = (QQ – QF) / QQ η = 1 – QF / QQ . Fonte Quente QQ W Q F Fonte Fria Rendimento (η): η = 1 – QF / QQ Qual o valor de QF para que o rendimento da máquina seja de 100%? QF = 0 2ª LEI DA TERMODINÂMICA ( 1ª FORMA ) Pág 12 É impossível construir uma máquina com rendimento de 100% .MÁQUINAS TÉRMICAS Pág 13 Dispositivo que operando em ciclos transforma parte da energia retirada da fonte quente em energia útil (trabalho). MÁQUINAS TÉRMICAS Pág 13 Dispositivo que operando em ciclos transforma parte da energia retirada da fonte quente em energia útil (trabalho). Fonte Quente QQ W Q F Fonte Fria Diagrama P x V 2ª LEI DA TERMODINÂMICA ( 1ª FORMA ) Pág 12 É impossível construir uma máquina com rendimento de 100% . REFRIGERADOR OU MÁQUINA FRIGORÍFICA Dispositivo que em ciclos retira calor da fonte fria para a fonte quente às custas da realização de trabalho.QF Coeficiente de performance ou Eficiência ():  = QF / W . Pág 13 Fonte Quente QQ Do Princípio da conservação da energia: QQ = W + QF W Q F Fonte Fria W = QQ . .REFRIGERADOR OU MÁQUINA FRIGORÍFICA Dispositivo que em ciclos retira calor da fonte fria para a fonte quente às custas da realização de trabalho. Pág 13 Fonte Quente QQ Coeficiente de performance ou Eficiência ():  = QF / W W Q F Fonte Fria Para que a eficiência seja a maior possível ( W deve tender a que valor? ) W 0 Pág 12 2ª LEI DA TERMODINÂMICA ( 2ª FORMA ) É impossível construir um refrigerador que funcione sem a realização de trabalho sobre ele. Pág 13 Fonte Quente QQ W Q F Fonte Fria Diagrama P x V 2ª LEI DA TERMODINÂMICA ( 2ª FORMA ) Pág 12 É impossível construir um refrigerador que funcione sem a realização de trabalho sobre ele.REFRIGERADOR OU MÁQUINA FRIGORÍFICA Dispositivo que em ciclos retira calor da fonte fria para a fonte quente às custas da realização de trabalho. . PERGUNTINHA DERRUBADA O que deve acontecer com a temperatura da cozinha ao deixar a porta da geladeira aberta? Refrigerador Fonte Quente QQ W Q F Fonte Fria A cozinha será a fonte fria e quente ao mesmo tempo. Como o calor liberado na fonte quente é maior que o retirado na fonte fria. a cozinha recebe mais calor do que perde e a sua temperatura aumenta. .REFRIGERADOR OU MÁQUINA FRIGORÍFICA Dispositivo que em ciclos retira calor da fonte fria para a fonte quente às custas da realização de trabalho. Todos os processos naturais são irreversíveis.MÁQUINA DE CARNOT Máquina com maior rendimento possível. Pág 13 PROCESSO REVERSÍVEL Processo que não provoca alterações permanentes no sistema e no ambiente de forma que o processo oposto possa ocorrer espontaneamente. PROCESSOS IRREVERSÍVEIS Ex1: Lançar corpo num plano com atrito Ex2: Automóvel subindo uma rampa . Pág 14 Pode-se mostrar que para um ciclo de Carnot: QF / QQ = TF / TQ Rendimento: η = 1 – QF / QQ ηCAR = 1 – TF / TQ T – Temperatura (k) .MÁQUINA DE CARNOT Máquina com maior rendimento possível. Obs: Nem mesmo a máquina de Carnot tem rendimento de 100%.MÁQUINA DE CARNOT Máquina com maior rendimento possível. Pág 14 Rendimento: η = 1 – TF / TQ T – Temperatura (k) Qual o valor de TF para que o rendimento da máquina seja de 100%? TF = 0 k 3ª LEI DA TERMODINÂMICA Pág 14 O zero absoluto é inatingível. . T1. T1. Com base nessas informações. e uma fonte fria à temperatura T2 = 0 oC. é correto afirmar que o rendimento da máquina térmica não pode ser igual a 1 porque. isto é. ela deveria operar A) entre duas fontes à mesma temperatura. para isso. D) entre uma fonte quente a uma temperatura. T1=T2. e uma fonte fria à temperatura T2 = 0 K. B) entre uma fonte quente a uma temperatura. não é possível construir uma máquina térmica que transforme toda a energia interna do combustível em trabalho. no zero absoluto. De acordo com a 2a Lei da Termodinâmica. O cientista francês Sadi Carnot (1796-1832) provou que o rendimento máximo obtido por uma máquina térmica operando entre as temperaturas T1 (fonte quente) e T2 (fonte fria) é dado por η = 1 – T2 / T1. .(UFRN 2007) As máquinas térmicas transformam a energia interna de um combustível em energia mecânica. diferente do zero absoluto. uma máquina de rendimento igual a 1 ou equivalente a 100%. C) entre duas fontes à mesma temperatura. T1=T2. como mostrado no diagrama pressão volume da figura. b)o gás converte trabalho em calor ao realizar o ciclo. e)na transformação DA o gás recebe calor. As curvas AB e CD são isotermas. d)nas transformações AB e BC a variação da energia interna do gás é negativa. Pode-se afirmar que a)o ciclo ABCD corresponde a um ciclo de Carnot.0 ΔU = Q . cujo valor é igual à variação da energia interna.(ITA 2003) Uma certa massa de gás ideal realiza o ciclo ABCD de transformações. c)nas transformações AB e CD o gás recebe calor. ΔU = Q .W ΔU = Q .05. o sistema fornece 60J de trabalho ao meio externo.W ΔU = 0 . (UFC 2002) A figura a seguir mostra um “ciclo de Carnot”. então é verdade que. c)o sistema rejeita 60J de calor e sua energia interna não varia.60 ΔU = . d)não há troca de calor e sua energia interna aumenta de 60J. Se no trecho b c. nesse trecho: a)o sistema recebe 60J de calor e sua energia interna diminui. e)não há troca de calor e sua energia interna diminui de 60J. b)o sistema recebe 60J de calor e sua energia interna não varia. desse ciclo.60 J Gabarito errado .10. representado no diagrama p-V. ΔU = Q . 1%. A eficiência dessa máquina é melhor representada por a) 68%. respectivamente. η = 1 – TF / TQ η = 1 – 373 / 400 η = 1 – 0.68%.932 η = 0. c) 0.25.068 η = 6. gerando gases aquecidos para acionar uma turbina. (ITA 2002) Uma máquina térmica reversível opera entre dois reservatórios térmicos de temperaturas 100°C e 127°C.8 % .8%. d) 21%. b) 6. e) 2. 5 litros de combustível cujo poder calorífico é de 3.107 . 107 joules de energia elétrica enquanto seu motor a gasolina consome 2.28.107 η = 0.107 J η = 1. (UEL 2000) Uma central de energia utilizada por uma equipe móvel de TV desenvolve 1.107 / 9.6.8.5 ET = 9. O rendimento da central é de a) 10% b) 20% c) 40% d) 50% e) 100% η = EU / ET ET = 3.8 .2 η = 20 % . 2.6 · 107 joules/litro. O processo de fusão nuclear utilizado em algumas usinas nucleares é semelhante ao processo da fissão nuclear. Esse vapor aciona uma turbina acoplada a um gerador e este produz eletricidade.está projetada para uma potência de 1309 MW. o calor é produzido pela fissão do átomo do Urânio-235 por um nêutron no núcleo do reator. F III. Apesar de sua complexidade tecnológica.Na usina nuclear. Sobre o assunto. I. é relativamente simples compreender o princípio de funcionamento de uma usina nuclear. F São corretas apenas as afirmativas: a) I e III. o calor é produzido pela reação em cadeia da fusão do átomo do Urânio-235 com um nêutron. V IV. considere as afirmativas apresentadas a seguir.29.Na usina nuclear. III e IV. II e IV. b) II.Na usina térmica. . A diferença entre os dois está na elevada temperatura para fundir o átomo de Urânio235.(UEL 2003) A Usina Nuclear de Angra dos Reis . c)I. V II. o calor gerado pela combustão do carvão.Angra II . d) II e III. do óleo ou do gás vaporiza a água em uma caldeira. pois ele é similar ao de uma usina térmica convencional. e) III e IV. 3 = 1 – TF / TQ TF / TQ = 1 – 0. (UFC 2003) A eficiência de uma máquina de Carnot que opera entre a fonte de temperatura alta (T1) e a fonte de temperatura baixa (T2) é dada pela expressão n = 1 (T2/T1). Suponha que você dispõe de uma máquina dessas com uma eficiência n = 30%.TQ 0.7 η = 1 – 0. Se você dobrar o valor da temperatura da fonte quente.3 TF / TQ = 0.65 η = 65 % . a eficiência da máquina passará a ser igual a: a) 40% b) 45% c) 50% d) 60% e) 65% η = 1 – TF / TQ η = 1 – TF / 2.35 η = 0.7 / 2 η = 1 – 0. em que T1 e T2 são medidas na escala absoluta ou de Kelvin.33. 9 % .(UFSC 2005) O uso de combustíveis não renováveis.(1 – 280 / 310) => η = 1. operando entre 7 °C e 37 °C.37.2. teremos um rendimento de 100%.019 => η = 0. terá um rendimento menor que 10%. F 02) Uma máquina com rendimento igual a 20% de uma máquina ideal. Assinale a(s) proposição(ões) CORRETA(S).2. pois o ciclo de Carnot corresponde a uma máquina térmica ideal. como o petróleo. tem sérias implicações ambientais e econômicas.2. 01) Supondo que a máquina térmica proposta opere em um ciclo de Carnot. ηcar => η = 0. (Desconsidere a salinidade da água do mar para a análise das respostas).(1 – TF / TQ) => η = 0. Uma alternativa energética em estudo para o litoral brasileiro é o uso da diferença de temperatura da água na superfície do mar (fonte quente) e de águas mais profundas (fonte fria) em uma máquina térmica para realizar trabalho. V η = 0. pois isto viola o princípio da conservação da energia.019 => . mesmo em uma máquina térmica ideal.04) Na situação apresentada. a temperatura mais baixa da água é de aproximadamente 4 °C pois.(1 – TF / TQ) => η = 0. pois o calor não pode ser transferido espontaneamente da fonte fria para a fonte quente.2. V F η = 0.(1 – 280/310) => η = 1. nesta temperatura a densidade da água é máxima.2.9 % η = 0. V 08) É impossível obter rendimento de 100% mesmo em uma máquina térmica ideal. ao contrário da maioria dos líquidos. 16) Não é possível obtermos 100% de rendimento.2. ηcar => Resolução do item 02 η = 0. Pág 15 Sentido natural: Aumento da entropia. ENTROPIA ( S ) Variável de estado que determina o sentido natural dos processos.DEGRADAÇÃO DA ENERGIA Todos os tipos de energia tendem à energia térmica. Ex1: Soltar objeto Ex2: Lançar corpo sobre uma superfície A energia útil diminui à medida que o universo evolui. Energia útil Entropia . GRAU DE DESORDEM Em processos naturais a desordem sempre aumenta. Pág 16 Ex1: Cadeiras da sala Ex2: Dividir a sala em temperaturas diferentes ENTROPIA ( S ) Variável de estado que determina o sentido natural dos processos. Sentido natural: Aumento da entropia. Desordem Entropia Obs: O processo oposto ao natural não é impossível. Para que ele ocorra é necessário a realização de trabalho. 2ª LEI DA TERMODINÂMICA ( 3ª FORMA ) A entropia de um sistema isolado nunca decresce; é invariável em processos reversíveis e aumenta em processos irreversíveis. Pág 16 A entropia do universo sempre aumenta. ENTROPIA ( S ) Variável de estado que determina o sentido natural dos processos. Sentido natural: Aumento da entropia. ΔS = Q / T (isotérmicas e adiabáticas reversíveis) Q - Calor trocado ( J ) T - Temperatura ( k ) ΔS - Variação de entropia ( J / k ) ENTROPIA ( S ) Variável de estado que determina o sentido natural dos processos. Pág 16 ΔS = Q / T (isotérmicas e adiabáticas reversíveis) EXEMPLOS Qual o valor de ΔS numa transformação adiabática reversível? ΔS = Q / T => ΔS = 0 / T => ΔS = 0 E numa isotérmica reversível (T=300K) que troca Q = 600 J? Expansão: ΔS = Q / T => Contração: ΔS = Q / T => E numa transformação cíclica? ΔS = 0, pois a Entropia é uma variável de estado. ΔS = 600 / 300 => ΔS = - 600 / 300 => ΔS = 2 J / K ΔS = - 2 J / K . a cada vez que a energia se transforma. c)há aumento da entropia. A descoberta foi traumática: descortinava um universo privado de circularidade e de simetria. b)há conservação da entropia. de onde decorre que. nos processos naturais. O tema refere-se ao Segundo Princípio da Termodinâmica. e)há conservação apenas da energia interna.03. reduz-se sua capacidade de produzir trabalho útil. destinada à degradação e à morte. embora não se altere sua quantidade. a)não há conservação de energia. (Puccamp 2000) Mas. d)há sempre diminuição da temperatura. aumenta ... ..permanece constante c) diminui .permanece constante ... A entropia de um sistema termodinâmico isolado nunca . na ordem em que elas aparecem.....permanece constante ... a) aumenta .permanece constante .aumenta d) diminui ...permanece constante . : se o sistema sofre uma transformação reversível..35... . se o sistema sofre uma transformação irreversível. sua entropia .aumenta e) diminui .diminui ....diminui b) aumenta .. sua entropia .... (UFRS 2001) Selecione a alternativa que preenche corretamente as lacunas no parágrafo abaixo..... Note que tal processo é iniciado na figura 1 e é concluído na figura 3. durante o processo representado. portanto. a entropia do sistema diminui. para efeito de análise. Considere. que a casinha e a bomba constituem um sistema físico fechado. b)maior que no início e. portanto. . portanto. durante o processo representado. Pode-se afirmar que. no final dessa seqüência. (UFRN 2005) Observe atentamente o processo físico representado na seqüência de figuras a seguir. o processo representado é irreversível. a entropia do sistema aumentou.65. c)menor que no início e. d)menor que no início e. a ordem do sistema é a)maior que no início e. o processo representado é reversível. portanto. eles estarão em equilíbrio térmico entre si. OBS: Os sistemas tendem ao equilíbrio térmico 1ª Lei da termodinâmica: ΔU = Q . 3ª Lei da termodinâmica: O zero kelvin é inatingível.W 2ª Lei da termodinâmica 1ª Forma: Não existe uma máquina perfeita (n = 100% ) 2ª Forma: Os refrigeradores não funcionam sem trabalho externo. .LEIS DA TERMODINÂMICA Lei zero da termodinâmica: Quando dois sistemas estão em equilíbrio térmico com um terceiro sistema. 3ª Forma: Em processos naturais a entropia sempre aumenta. (PUCMG) No filme “Kenoma”. Se esse projeto tivesse sucesso. uma das personagens. b) Lei da Conservação da Energia. Lineu. é um artesão que sonha construir um motor que não precise de energia para funcionar. c) Lei da Conservação da Quantidade de Movimento. d) Primeira Lei de Kirchhoff. . estaria necessariamente violada a: a) Primeira Lei de Newton. EXEMPLO 01 . A sua existência viola o princípio da conservação da energia. O moto-perpétuo é impossível de ser construído.PRINCÍPIO DA CONSERVAÇÃO DA ENERGIA A energia não pode ser criada nem destruída. apenas transformada. PRINCÍPIO DA CONSERVAÇÃO DA ENERGIA A energia não pode ser criada nem destruída. O moto-perpétuo é impossível de ser construído. EXEMPLO 02 . A sua existência viola o princípio da conservação da energia. apenas transformada. PRINCÍPIO DA CONSERVAÇÃO DA ENERGIA A energia não pode ser criada nem destruída. apenas transformada. A sua existência viola o princípio da conservação da energia. EXEMPLO 03 . O moto-perpétuo é impossível de ser construído. Se esse projeto tivesse sucesso. c) Lei da Conservação da Quantidade de Movimento.(PUCMG) No filme “Kenoma”. . estaria necessariamente violada a: a) Primeira Lei de Newton. b) Lei da Conservação da Energia. é um artesão que sonha construir um motor que não precise de energia para funcionar. uma das personagens. Lineu. d) Primeira Lei de Kirchhoff. 70 ΔU = 30 J .W ΔU = 100 .19. Aplicando-se a 1ª lei da termodinâmica: ΔU = Q . podemos afirmar que a energia interna do gás a) aumentou 170 J. c) aumentou 30 J. d) diminuiu 70 J. um gás recebe o calor Q=100J e realiza o trabalho W=70J. b) aumentou 100 J. (UFRS) Enquanto se expande. Ao final do processo. 27. respectivamente: a) 0 e 3.000 e -3. podemos afirmar que a variação de sua energia interna e o trabalho realizado na transformação valem em joules. (FEI-SP) Um gás sofre uma transformação isotérmica recebendo do meio ambiente 3. Sendo n = 4.000 e 2. o número de mols do gás.W W = 3000 J .500 e 800 Aplicando-se a 1ª lei da termodinâmica: ΔU = Q .000 d) 4.000 e 0 c) 2.000 J de calor.000 b) -2.000 Lei de Joule ΔU = 0 e) -3.W 0 = 3000 . como mostra o gráfico. (Vunesp-SP) Dois gases idênticos são submetidos a processos reversíveis diferentes. É INCORRETO afirmar que: a) 1 recebeu mais calor que 2 b) 2 realizou menos trabalho que 1 c) a energia interna no ponto inicial é a mesma para os dois d) a energia interna de 1 é maior que a energia interna de 2 no ponto final e) 2 cedeu calor no primeiro trecho V V V V ΔU = Q – W = constante .30. O gás n°1 segue os processos indicados pela linha cheia do gráfico e o gás n°2 pela linha tracejada. Ambos partem do ponto (p0. V0 ) e terminam no ponto no diagrama p × V. 0 => ΔU = 0 Os estados inicial e final possuem a mesma temperatura. No diagrama PxV é representado apenas os pontos inicial e final.APLICAÇÕES DA 1ª LEI DA TERMODINÂMICA EXPANSÃO LIVRE Processo adiabático no qual não ocorre a realização de trabalho pois o sistema evolui contra nenhuma resistência. . ΔU = Q – W => ΔU = 0 . V e T variam de forma desconhecida. Na expansão livre P. uma massa invariável de gás. (FGV) É dado um sistema S ideal constituído por: I. e III. calor e trabalho trocados por S. para S.20. d) isobárica. T=0 F T≠Q . Considere Q e T. c) adiabática Q = 0 e T pode ser nulo. Q e T são nulos. Admita positiva toda energia fornecida a S e negativa a que é fornecida por S. b) a soma T+ Q é igual a zero. um cilindro. um pistão. respectivamente. II. qualquer que seja a transformação a) isométrica. Nessas condições é correto que. T+ Q=0. aprisionado pelo pistão no cilindro. QUESTÕES TECHNO . a) Se no processo 2 o trabalho W2. é absorvido pelo sistema neste processo? b) Quando o sistema é trazido de volta ao estado original a. mostrados na figura.22. é levado para o estado b. originalmente no estado termodinâmico a. Que quantidade de calor. 1 e 2. o trabalho W3. No processo 1. W1. (UFC) Um sistema gasoso. de 200 joules é realizado sobre o sistema. e absorve uma qualidade de calor. de 300 joules. através do processo 3 (ver figura). Q2. quanto calor. o sistema realiza um trabalho. Q1. é envolvida nesse processo? c) O calor mencionado no item b é liberado ou absorvido pelo sistema? . realizado. de 800 joules. através de dois processos distintos. é de 100 joules. Q3. 22. (UFC) Um sistema gasoso, originalmente no estado termodinâmico a, é levado para o estado b, através de dois processos distintos, 1 e 2, mostrados na figura. No processo 1, o sistema realiza um trabalho, W1, de 300 joules, e absorve uma qualidade de calor, Q1, de 800 joules. a) Se no processo 2 o trabalho W2, realizado, é de 100 joules, quanto calor, Q2, é absorvido pelo sistema neste processo? a) Como a energia interna é uma variável de estado e os pontos inicial e final dos processos 1 e 2 são iguais, ΔU1 = ΔU2. Usando-se a 1ª lei da termodinâmica: ΔU1 = Q1 – W1 => ΔU2 = Q2 – W2 => ΔU1 = 800 – 300 => 500 = Q2 – 100 => ΔU1 = 500 J Q2 = 600 J a) Como a energia interna é uma variável de estado e os pontos inicial e final dos processos 1 e 2 são iguais, ΔU1 = ΔU2. Usando-se a 1ª lei da termodinâmica: ΔU1 = Q1 – W1 => ΔU2 = Q2 – W2 => ΔU1 = 800 – 300 => 500 = Q2 – 100 => ΔU1 = 500 J Q2 = 600 J b) Quando o sistema é trazido de volta ao estado original a, através do processo 3 (ver figura), o trabalho W3, de 200 joules é realizado sobre o sistema. Que quantidade de calor, Q3, é envolvida nesse processo? b) Como os processos 1 e 3 ocorrem entre os mesmos pontos mas com sentidos opostos, ΔU1 = - ΔU3. Da 1ª lei da termodinâmica: ΔU3 = Q3 – W3 => - 500 = Q3 – (-200) => Q3 = - 700 J a) Como a energia interna é uma variável de estado e os pontos inicial e final dos processos 1 e 2 são iguais, ΔU1 = ΔU2. Usando-se a 1ª lei da termodinâmica: ΔU1 = Q1 – W1 => ΔU2 = Q2 – W2 => ΔU1 = 800 – 300 => 500 = Q2 – 100 => ΔU1 = 500 J Q2 = 600 J b) Como os processos 1 e 3 ocorrem entre os mesmos pontos mas com sentidos opostos, ΔU1 = - ΔU3. Da 1ª lei da termodinâmica: ΔU3 = Q3 – W3 => - 500 = Q3 – (-200) => Q3 = - 700 J c) O calor mencionado no item b é liberado ou absorvido pelo sistema? c) O calor no processo 3 ( Q3 = - 700 J ) é liberado pois seu valor é negativo. e duas isóbaras. ilustradas na figura abaixo. igual ou menor do que o módulo Qc do calor cedido na transformação DA. respectivamente. a) A partir da lei de Joule pode-se dizer que as variações de energia interna em BC e DA são iguais em módulo. BC e DA. a) Indique se o módulo Qa do calor absorvido na transformação BC é maior. AB e CD. b) Calcule a variação da energia interna nesse ciclo. b) Como a energia interna é uma variável de estado a sua variação no ciclo é nula. Qa > Qc. (UFRJ) Um gás ideal realiza o ciclo termodinâmico constituído por duas isotermas. Usando-se a 1ª lei da termodinâmica ( ΔU = Q – W ) observa-se que naquele processo que há maior troca calor há maior trabalho. . Justifique a sua resposta. Assim. As temperaturas correspondentes às isotermas AB e CD valem 300K e 500K.23. 2 => . até o volume final V0/2. Sabendo que a temperatura final é igual à temperatura inicial. determine em função dos dados do problema: a) a pressão final do gás.V0 = P. b) o calor trocado pelo gás durante o processo.P0 b) Sabendo-se que a área no diagrama PxV é o trabalho e ΔU = 0 (lei de Joule).P0 + P0).24. e pressão P0.P0.V0/2 => P = 2. aplicando-se a 1ª lei da termodinâmica: ΔU = Q – W => Q = W => Q = 3.V0 = P. pode-se usar: P0. (UFRJ) Um gás ideal é comprimido lenta e linearmente a partir do volume inicial V0.V0 / 4 Q = (2.V => P0.V0 / 2. conforme ilustrado no gráfico. a) Como o gás é ideal e a temperatura inicial é igual a final. 26. Aplicando-se a 1ª lei da termodinâmica: ΔU = Q . uma expansão de um gás ideal entre dois estados de equilíbrio termodinâmico. A e B.10-2 ΔU = 5.0.0 × 10³ J. (UFRJ) A figura representa.0.103 – 2. O calor recebido pelo gás é positivo e o trabalho realizado na expansão isobárica é dado por P.0.W ΔU = Q – P. A quantidade de calor cedida ao gás durante esta expansão foi 5.0. Calcule a variação de energia interna do gás nessa expansão.105.0.103 ΔU = 3.ΔV ΔU = 5. num diagrama p-V.ΔV.103 – 1.0.103 J .2. e o martelo cai livremente sobre o pistão.R. Dados: ΔU = Q – W e ΔU = (3/2)n.0 kg Altura do martelo = 6. em relação à superfície superior do êmbolo de um pistão. suspenso por um cabo a uma altura h. o cabo é cortado. K . ao lado.0 m R = 8 J / mol . também ao lado. conforme Figura 2. Com o impacto.(UFRN 2008) A Figura 1. Em determinado instante. representa o martelo de massa M. o êmbolo do pistão comprime adiabaticamente 2 moles de um gás ideal contidos no interior do pistão.ΔT Massa do martelo = 5. de um bateestaca. . considerando a evolução deste. Inicialmente a energia potencial gravitacional do sistema (martelo+Terra) se transforma em energia cinética do martelo até o instante em que este toca a superfície do êmbolo.A) descreva as transformações de energia que ocorreram no sistema.) e a energia restante é transformada em energia interna do gás. térmica do êmbolo. parte da energia cinética é transformada em outras formas de energia (sonora. desde o momento em que o martelo é solto até o instante em que o êmbolo atinge a sua posição final de equilíbrio. etc. No instante em que toca a superfície do êmbolo. ou seja. supondo que.300 = (3/2).10.h => EC = 5.R.2.ΔT => ΔT = 10 K .8.6 => EC = 300 J Considerando-se que apenas 80% dessa energia é utilizada para comprimir o gás. ΔT. isto é. do gás.g.8. A energia cinética disponível no instante anterior ao início da compressão é igual à energia potencial gravitacional do sistema (martelo+Terra). então: ΔU = (3/2). EC = EPG => EC = m. é transformada em energia interna do gás. no instante em que o martelo atinge o êmbolo.B) calcule a variação de temperatura. 80% da energia deste é usada para comprimir o gás.n.ΔT => 0. QUESTÕES DA UFRN TERMODINÂMICA Cap 01; 02 ; 03 e 04 (módulo I) Cap 01 (módulo II) UFRN 2008 - Considere que certa quantidade de gás de cozinha foi queimada, cedendo calor para uma panela que continha água, feijão e batatas. Considere, ainda, que, durante o processo de fervura, o conteúdo da panela permaneceu em equilíbrio térmico, por vários minutos. Nessas condições, pode-se afirmar que, durante o equilíbrio térmico, a água, o feijão e as batatas A) mantiveram a mesma energia interna. B) receberam a mesma quantidade de calor. C) mantiveram a mesma temperatura. D) receberam o mesmo calor específico. UFRN 2008 - O efeito estufa, processo natural de aquecimento da atmosfera, é essencial para a existência de vida na Terra. Em tal processo, uma parcela da radiação solar refletida e da radiação térmica emitida pela superfície terrestre interage com determinados gases presentes na atmosfera, aquecendo-a. O principal mecanismo físico responsável pelo aquecimento da atmosfera devido à ação do efeito estufa resulta da: A) absorção, por certos gases da atmosfera, de parte da radiação ultravioleta recebida pela Terra. B) reflexão, por certos gases da atmosfera, da radiação visível emitida pela Terra. C) absorção, por certos gases da atmosfera, de parte da radiação infravermelha proveniente da superfície da Terra. D) reflexão, por certos gases da atmosfera, de parte da radiação de microondas recebida pela Terra. sempre que lhe servem uma xícara de café quente. D) aumenta o processo de evaporação do líquido. A) diminui o calor específico do líquido. para apressar o processo de resfriamento. ele sopra a superfície do líquido até diminuir a temperatura. Por isso.Um cliente assíduo de uma cafeteria só gosta de tomar café frio. ele consegue esfriar o café porque. B) aumenta o processo de condensação do líquido. . ao soprálo.UFRN 2007 . Baseado no modelo cinético molecular. C) diminui o calor latente do líquido. para o qual cede calor. porém numa quantidade maior que a recebida. numa caixa térmica contendo gelo e. a lata de refrigerante A) cede calor para o gelo. porém numa quantidade maior que o frio recebido. e este cede calor para ela. C) cede calor para o gelo. após esperar algumas horas. no interior da caixa térmica. . para o qual cede calor. porém numa quantidade menor que a recebida.Diariamente. Dona Leopoldina coloca uma lata de refrigerante. porém numa quantidade menor que o frio recebido. B) recebe frio do gelo. cuja temperatura é de 30o C. e este cede calor para ela. Nesse caso. bebe o refrigerante a uma temperatura de aproximadamente 5o C. é correto afirmar que a diminuição da temperatura do refrigerante se explica porque. D) recebe frio do gelo.UFRN 2006 . valor recomendado no manual do veículo. diminuiu. Considere que. e o número de colisões dessas moléculas com a superfície interna do pneu. a energia cinética média das moléculas do ar no pneu A) diminuiu. é correto concluir que. eles precisaram elevar a pressão do pneu até 30 lb/pol2. durante o processo de calibração.UFRN 2006 . e o número de colisões dessas moléculas com a superfície interna do pneu. D) permaneceu constante. e o número de colisões dessas moléculas com a superfície interna do pneu.Paulo e Benedito perceberam que um dos pneus do carro estava muito baixo. permaneceu constante. por unidade de área. aumentou. por unidade de área.T N0 de área. C) aumentou. Ao calibrarem esse pneu em um posto de gasolina.k. por unidade de área. B) permaneceu constante. Portanto. a temperatura do pneu permaneceu constante enquanto o volume deste e o número de moléculas que compõem o ar no seu interior aumentaram. verificaram que sua pressão inicial era de 15 libras por polegada quadrada (lb/pol2). e o número de colisões dessas moléculas ECM = (3/2). Dessas informações. permaneceu constante. durante o processo de calibração. com a superfície interna do pneu. por P unidade de choques . UFRN 2006 . aumentam a pressão atmosférica. a energia cinética média desse sistema. Isso implica que também a temperatura da água que está em seu interior diminui nesse processo. retirando calor do barro e da água que o permeia. a pressão no interior da quartinha. D) que. assim. B) que. . aumentando. assim. na água que evapora. Tal processo se explica porque. quartinhas. ao escaparem do líquido. ao escaparem do líquido.Cotidianamente são usados recipientes de barro (potes. a pressão no interior da quartinha. diminuem a pressão atmosférica. diminuindo. através de seus poros. aumentando. são as moléculas de água A) com menor energia cinética média que escapam do líquido. filtros etc. Parte da água que chega à superfície externa da quartinha. assim. Considere um sistema constituído por uma quartinha cheia d´água. diminuindo.) para esfriar um pouco a água neles contida. assim. C) com maior energia cinética média que escapam do líquido. a energia cinética média desse sistema. evapora. com todas as janelas fechadas. causando um menor aquecimento. Luciana se questionou sobre como o aquecimento interno de um carro é alterado quando seus vidros são revestidos por películas. Nessa mesma situação.UFRN 2004 . . D) refletida. por alguns minutos. C) absorvida. B) refratada. Para que o aquecimento interno do automóvel seja mínimo. a intensidade da radiação em seu interior será menor. ao estacionar o carro sob o sol. deve-se usar uma película que faça a radiação solar incidente sobre ele ser maximamente A) difratada. se os vidros do carro estiverem revestidos por películas. Ela sabe que. o aquecimento no interior do veículo se dá predominantemente por irradiação e condução.Num dia muito ensolarado. Nessa ilha. D) constante e maior. B) constante e constante. num instituto de oceanografia. o volume e a pressão do ar em seus pulmões ficam.Letícia pesquisa.UFRN 2004 . Por isso. a profundidade aumenta muito rapidamente. respectivamente. Freqüentemente. à medida que adentramos no mar. À medida que Letícia atinge maiores profundidades. ela mergulha para observar os espécimes e recolher amostras. para realizar um de seus mergulhos.V = constante . a pesquisadora inspira profundamente e desce vários metros em apnéia (respiração presa). P. o comportamento de uma espécie de molusco que vive no mar em torno do arquipélago de Fernando de Noronha. C) menor e maior. A) menor e constante. A pressão sobre seu corpo aumenta linearmente com a profundidade e sua temperatura interna permanece constante. O princípio básico de funcionamento dessa usina é a combustão de gás natural para aquecer água que. A produção da energia elétrica será feita acoplando-se ao eixo da turbina algumas bobinas imersas em um campo magnético. em cada ciclo dessa máquina termelétrica real.UFRN 2003 . finalmente. W: a energia mecânica nas turbinas obtida a partir da alta pressão do vapor acionando as pás giratórias. Para a situação descrita. E: a energia elétrica produzida e disponibilizada aos consumidores. é correto afirmar: A) Q = W = E B) Q > W > E C) Q = W > E D) Q < W < E . se tenha: Q: o calor produzido na combustão do gás. se transformará em vapor e. será utilizada para mover as pás giratórias de uma turbina. Considere que. uma vez aquecida. está sendo construída a TermoAçu.Na cidade de Alto do Rodrigues. primeira usina termelétrica do estado com capacidade para produzir até 70% da energia elétrica total consumida no Rio Grande do Norte.