FÍSICA CONTEÚDO E HABILIDADES AULA DINÂMICA LOCAL INTERATIVA INTERATIVIDADE FINAL Unidade II Termodinâmica e Tecnologia Aula 9.2 Conteúdo Termodinâmica: As leis da termodinâmica: Exercícios sobre energia interna e a 1ª lei da termodinâmica. 2 FÍSICA CONTEÚDO E HABILIDADES AULA DINÂMICA LOCAL INTERATIVA INTERATIVIDADE FINAL Habilidade: Compreender os conceitos da Termodinâmica e das propriedades térmicas dos gases e suas transformações. Aplicar a 1ª lei da termodinâmica na solução de problemas simples envolvendo transformações gasosas. 3 FÍSICA CONTEÚDO E HABILIDADES AULA DINÂMICA LOCAL INTERATIVA INTERATIVIDADE FINAL REVISÃO Gráficos das transformações gasosas: Isotérmica p.V =K1 Nessas transformações, a massa e a temperatura do gás perfeito mantêm-se constantes. Dessa forma, a Lei de Boyle garante a validade da relação: p1V1 = p2V2 = p3V3 4 CONTEÚDO E HABILIDADES FÍSICA p1β V1 AULA p2β V2 DINÂMICA LOCAL INTERATIVA INTERATIVIDADE FINAL p3β V3 5 FÍSICA CONTEÚDO E HABILIDADES AULA DINÂMICA LOCAL INTERATIVA INTERATIVIDADE FINAL REVISÃO O diagrama da pressão (p) x Volume(V), a representação gráfica da Lei de Boyle é um ramo da hipérbole: T3 > T2 > T1 T3 T2 T1 6 FÍSICA CONTEÚDO E HABILIDADES DINÂMICA LOCAL INTERATIVA AULA INTERATIVIDADE FINAL REVISÃO Transformações gasosas: Isovolumétrica p = K3T π·π π· π π·π = = π»π π» π π»π P1β T1 P2β T2 P3β T3 7 FÍSICA CONTEÚDO E HABILIDADES AULA DINÂMICA LOCAL INTERATIVA INTERATIVIDADE FINAL REVISÃO Em um diagrama pressão (p) x temperatura (T ou Σ¨), a Lei de Charles é representada por um segmento de reta oblíquo aos eixos. Os Gráficos abaixo: 8 FÍSICA CONTEÚDO E HABILIDADES AULA DINÂMICA LOCAL INTERATIVA p p p INTERATIVIDADE FINAL VA > VB > VC VC VB VA Ο Ο΄ (°C) 9 FÍSICA CONTEÚDO E HABILIDADES AULA DINÂMICA LOCAL INTERATIVA INTERATIVIDADE FINAL REVISÃO Trabalho termodinâmico Área A F d Οgás > 0 10 FÍSICA CONTEÚDO E HABILIDADES AULA DINÂMICA LOCAL INTERATIVA INTERATIVIDADE FINAL REVISÃO Considere a compressão de um gás perfeito. Área A d F Οgás < 0 11 FÍSICA CONTEÚDO E HABILIDADES AULA DINÂMICA LOCAL INTERATIVA INTERATIVIDADE FINAL REVISÃO Resumo: β’ Na expansão, Οgás > 0 e o gás fornece energia na forma de trabalho: o gás realiza trabalho. β’ Na compressão, Οgás < 0 e o gás recebe energia na forma de trabalho: o gás recebe trabalho. 12 FÍSICA CONTEÚDO E HABILIDADES AULA DINÂMICA LOCAL INTERATIVA INTERATIVIDADE FINAL As leis da termodinâmica: Exercícios sobre energia interna e a 1ª lei da termodinâmica. Exemplo 1 (FEI) Numa transformação de um gás perfeito, os estados final e inicial acusaram a mesma energia interna. Certamente: a) a transformação foi cíclica. b) a transformação isométrica. 13 FÍSICA CONTEÚDO E HABILIDADES AULA DINÂMICA LOCAL INTERATIVA INTERATIVIDADE FINAL c) não houve troca de calor entre o gás e o ambiente. d) são iguais as temperaturas dos estados inicial e final. e) não houve troca de trabalho entre o gás e o meio. 14 FÍSICA CONTEÚDO E HABILIDADES AULA DINÂMICA LOCAL INTERATIVA INTERATIVIDADE FINAL Resposta Letra d 15 FÍSICA CONTEÚDO E HABILIDADES AULA DINÂMICA LOCAL INTERATIVA INTERATIVIDADE FINAL Exemplo 2 (ACAFE-SC) Um gás ideal recebe calor e fornece trabalho após uma das transformações: a) adiabática e isobárica. b) isométrica e isotérmica. c) isotérmica e adiabática. d) isobárica e isotérmica. e) isométrica e adiabática. 16 FÍSICA CONTEÚDO E HABILIDADES AULA DINÂMICA LOCAL INTERATIVA INTERATIVIDADE FINAL Resposta Letra d 17 FÍSICA CONTEÚDO E HABILIDADES AULA DINÂMICA LOCAL INTERATIVA INTERATIVIDADE FINAL Exemplo 3 Qual a energia interna de 1,5 mols de um gás perfeito na temperatura de 20°C? Considere R=8,31 J/mol.K. 18 FÍSICA CONTEÚDO E HABILIDADES AULA DINÂMICA LOCAL INTERATIVA INTERATIVIDADE FINAL Resolução Converter a temperatura da escala Celsius para Kelvin: TK = 273 + °C TK = 273 + 20 TK = 293K Utilizar a equação da energia interna: π πΌ= πβπΉβπ» π 19 FÍSICA CONTEÚDO E HABILIDADES AULA DINÂMICA LOCAL INTERATIVA INTERATIVIDADE FINAL Sendo: U = Energia Interna n = número de mols R = constante T = temperatura em Kelvin Substituir os valores na equação: π πΌ = β π, π β π, ππ β πππ π πΌ = π, ππ ππ± 20 FÍSICA CONTEÚDO E HABILIDADES AULA DINÂMICA LOCAL INTERATIVA INTERATIVIDADE FINAL Exemplo Exercício sobre 1ª. Lei da Termodinâmica: Um sistema gasoso ideal troca (recebe ou cede) com o meio externo 150 cal em forma de calor. Determine, em joules, o trabalho trocado com o meio, em cada um dos casos: a) Expansão isotérmica; b) Compressão isotérmica; 21 FÍSICA c) CONTEÚDO E HABILIDADES AULA DINÂMICA LOCAL INTERATIVA INTERATIVIDADE FINAL Aquecimento isotérmico. Dado: 1 cal = 4,18J 22 FÍSICA CONTEÚDO E HABILIDADES AULA DINÂMICA LOCAL INTERATIVA INTERATIVIDADE FINAL Resolução Nas transformações isotérmicas não há variação de temperatura e, em consequência, a energia interna do sistema mantêm-se constante (ΞU = 0). Da 1ª.Lei da Termodinâmica, ΞU = Q - Οgás, vem: Q = Οgás 23 FÍSICA CONTEÚDO E HABILIDADES AULA DINÂMICA LOCAL INTERATIVA INTERATIVIDADE FINAL Resolução a) Na expansão, o volume aumenta e o sistema realiza trabalho (Οgás > 0), recebendo calor (Q > 0). Οgás= Q = 150cal Transformando caloria em joule, vem: Οgás= JQ Οgás= 4,18β150 ππáπ = βπππ π± 24 FÍSICA CONTEÚDO E HABILIDADES AULA DINÂMICA LOCAL INTERATIVA INTERATIVIDADE FINAL Resolução b) Na compressão, o volume diminui e o sistema recebe trabalho (Οgás < 0), cedendo calor (Q < 0). Οgás= Q = 150cal transformando caloria em joules, vem: ππáπ = βπππ π± 25 FÍSICA CONTEÚDO E HABILIDADES AULA DINÂMICA LOCAL INTERATIVA INTERATIVIDADE FINAL Resolução c) Nas transformações isométricas, o volume permanece constante e não há trabalho trocado com o meio externo. Οgás = 0 26 FÍSICA DINÂMICA LOCAL INTERATIVA AULA INTERATIVIDADE FINAL 1. Uma transformação é dada pelo gráfico abaixo: p (N/m2) 4 . 105 2 . 105 4 7 V (m3) 27 FÍSICA AULA DINÂMICA LOCAL INTERATIVA INTERATIVIDADE FINAL Qual o trabalho realizado por este gás? O trabalho realizado pelo gás é igual a área sob a curva do gráfico, ou seja, a área do trapézio azul. Dado: Área do Trapézio β AΟ = (lateral menor + lateral maior). Ξbase /2 28 FÍSICA AULA DINÂMICA LOCAL INTERATIVA INTERATIVIDADE FINAL 2. A primeira coluna descreve uma transformação sofrida pelo gás, a segunda contém a denominação utilizada para indicar essa transformação. (A) o gás realiza trabalho e sua energia (1) Compressão isotérmica (B) o gás tem sua energia interna aumentada e não (2) Compressão adiabática troca trabalho com o meio externo (C) O gás não troca calor com o meio externo, mas (3) Aquecimento isométrico sua temperatura aumenta (D) o gás recebe trabalho e sua energia interna não (4) Expansão isotérmica varia 29 FÍSICA AULA DINÂMICA LOCAL INTERATIVA INTERATIVIDADE FINAL Em qual das alternativas as associações estão corretas? a) A-1; B-2; C-3 e D-4 b) A-4; B-2; C-1 e D-3 c) A-4; B-3; C-2 e D-1 d) A-3; B-1; C-4 e D-2 e) A-2; B-4; C-1 e D-3 30 FÍSICA AULA DINÂMICA LOCAL INTERATIVA INTERATIVIDADE FINAL INTERATIVIDADE 1. Sendo a área do trapézio dado por: βππππ π¨π = (πππππππ πππππ + πππππππ πππππ) β π π β π π π π = (π β ππ + π β ππ ) β π π π π = (π β ππ ) β π π π = π β ππ π± 31 FÍSICA AULA DINÂMICA LOCAL INTERATIVA INTERATIVIDADE FINAL INTERATIVIDADE 2. (A) Expansão isotérmica; (B) Aquecimento isométrico (C) Compressão adiabática; (D) Compressão isotérmica; Assim: A-4 ; B-3; C-2 e D-1 Alternativa C 32 FÍSICA DINÂMICA LOCAL INTERATIVA INTERATIVIDADE FINAL RESUMO DO DIA Portanto, podemos definir a primeira lei da termodinâmica como: βU=Q-W βConservação de energia 33 FÍSICA DINÂMICA LOCAL INTERATIVA INTERATIVIDADE FINAL RESUMO DO DIA Portanto, podemos definir a primeira lei da termodinâmica como: βU=Q-W βConservação de energia Q > 0 β calor adicionado ao sistema (U aumenta) 34 FÍSICA DINÂMICA LOCAL INTERATIVA INTERATIVIDADE FINAL RESUMO DO DIA Portanto, podemos definir a primeira lei da termodinâmica como: βU=Q-W βConservação de energia Q > 0 β calor adicionado ao sistema (U aumenta) Q < 0 β calor retirado do sistema (U diminui) 35 FÍSICA DINÂMICA LOCAL INTERATIVA INTERATIVIDADE FINAL RESUMO DO DIA Portanto, podemos definir a primeira lei da termodinâmica como: βU=Q-W βConservação de energia Q > 0 β calor adicionado ao sistema (U aumenta) Q < 0 β calor retirado do sistema (U diminui) Ο > 0 β trabalho realizado pelo sistema (U diminui) 36 FÍSICA DINÂMICA LOCAL INTERATIVA INTERATIVIDADE FINAL RESUMO DO DIA Portanto, podemos definir a primeira lei da termodinâmica como: βU=Q-W βConservação de energia Q > 0 β calor adicionado ao sistema (U aumenta) Q < 0 β calor retirado do sistema (U diminui) Ο > 0 β trabalho realizado pelo sistema (U diminui) Ο < 0 β trabalho realizado sobre o sistema (U aumenta) 37 FÍSICA DINÂMICA LOCAL INTERATIVA INTERATIVIDADE FINAL Energia Interna 38 FÍSICA DINÂMICA LOCAL INTERATIVA INTERATIVIDADE FINAL RESUMO DO DIA As transformações gasosas: Isotérmica p β V =K1 Nessas transformações, a massa e a temperatura do gás perfeito mantêm-se constantes. Dessa forma, a Lei de Boyle garante a validade da relação: p1V1 = p2V2 = p3V3 A pressão (p) x Volume (V), a representação gráfica da Lei de Boyle é um ramo da hipérbole. 39 FÍSICA DINÂMICA LOCAL INTERATIVA INTERATIVIDADE FINAL RESUMO DO DIA Transformações gasosas: Isovolumétrica p = K3T π·π π· π π·π = = π»π π»π π»π Em uma transformação: pressão (p) x temperatura (T ou Σ¨), a Lei de Charles é representada por um segmento de reta oblíquo aos eixos. 40 FÍSICA DINÂMICA LOCAL INTERATIVA INTERATIVIDADE FINAL RESUMO DO DIA Trabalho termodinâmico Área A F d Οgás > 0 41 FÍSICA DINÂMICA LOCAL INTERATIVA INTERATIVIDADE FINAL RESUMO DO DIA Considere a compressão de um gás perfeito. Área A d F Οgás < 0 42 FÍSICA DINÂMICA LOCAL INTERATIVA INTERATIVIDADE FINAL No trabalho termodinâmico: β’ Na expansão, Οgás > 0 e o gás fornece energia na forma de trabalho: o gás realiza trabalho. β’ Na compressão, Οgás < 0 e o gás recebe energia na forma de trabalho: o gás recebe trabalho. 43 FÍSICA DINÂMICA LOCAL INTERATIVA INTERATIVIDADE FINAL INTERATIVIDADE FINAL 1. O que é energia interna de um gás? 2. Quais os tipos de energia? 3. Qual a Lei de Boyle? 4. O que acontece com o gás quando trabalho termodinâmico está: a) Na expansão? b) Na compressão? 44
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