FÍSICA
CONTEÚDO
E HABILIDADES
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DINÂMICA LOCAL
INTERATIVA
INTERATIVIDADE
FINAL
Unidade II
Termodinâmica e Tecnologia
Aula 9.1
Conteúdo
• As leis da termodinâmica: Energia interna e a primeira
lei da termodinâmica.
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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.
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Revisão
Sistema Termodinâmico
Certa massa delimitada por uma fronteira.
P1
V1
T1
U1
P2
V2
T2
U2
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Revisão
Processos
Isotérmico
Isobárico
Isovolumétrico
Durante a transformação
Temperatura T é invariável
Pressão P é invariável
Volume V é constante
Adiabático
É nula a troca de calor Q com a vizinhança
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Energia cinética do gás perfeito
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Definição
A energia Interna de um Gás (U): É toda energia que ele
tem armazenado dentro de si.
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Os tipos de energia são?
• Energia cinética de
translação das partículas;
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Os tipos de energia são?
• Energia cinética de
translação das partículas;
• Energia cinética de
rotação das partículas;
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Os tipos de energia são?
• Energia cinética de
translação das partículas;
• Energia cinética de
rotação das partículas;
• Energia potencial de
ligação entre as
partículas.
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Energia interna de um gás
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Para os gases perfeitos e monoatômicos a energia interna
se resume na energia cinética de translação das moléculas,
sendo dada pela expressão:
𝟑
𝑼 = 𝒏𝑹𝑻
𝟐
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Onde
U → Energia interna do gás em J (joule)
n → número de mols em mol
R → constante universal dos gases em 8,31 J/mol.K
T → temperatura absoluta em K (kelvin)
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Ou seja
• Quando tivermos aumento da temperatura absoluta
ocorrerá uma variação positiva da energia interna ΔU˃0.
• Quando tivermos diminuição da temperatura absoluta,
há uma variação negativa de energia interna ΔU˂0.
• E quando não tivermos variação na temperatura do gás,
a variação da energia interna será igual a zero ΔU=0.
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Exemplo 1
Energia Interna
Qual a energia interna de 1,5 mols de um gás perfeito na
0
temperatura de 20 C? Considere R=8,31 J/mol.K.
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Solução
Primeiramente deve-se converter a temperatura da
escala Celsius para Kelvin:
T=273+θc
T=273+20
T=293 K
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A partir daí basta aplicar os dados na equação da
energia interna:
𝟑
𝑼 = 𝒏𝑹𝑻
𝟐
𝟑
𝑼 = ∙ 𝟏, 𝟓 ∙ 𝟖, 𝟑𝟏 ∙ 𝟐𝟗𝟑
𝟐
𝑼 = 𝟓, 𝟒 𝒌𝑱
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Primeira Lei da termodinâmica
• É o princípio da conservação de energia.
• Apesar de ser estudado para os gases, pode ser
aplicado em quaisquer processos em que a energia
de um sistema é trocado com o meio externo na
forma de calor e trabalho.
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Primeira Lei da termodinâmica
ΔU = Q - 𝝉
Onde:
Q → Quantidade de Calor em Joule ou calorias
𝝉 → Trabalho em Joule
ΔU → Variação da energia interna em Joule
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Balanço energético
ΔU= Q – τ ou Q = ΔU + τ
Q é a Quantidade de calor trocado com o meio:
• Q>0 a o sistema recebe calor;
• Q<0 a o sistema perde calor.
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Balanço energético
ΔU= Q – τ ou Q = ΔU + τ
ΔU é a variação da energia interna do gás:
• ΔU > 0 a energia interna aumenta, portanto, sua
temperatura aumenta;
• ΔU < 0 a energia interna diminui, portanto, sua
temperatura diminui.
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Balanço energético
ΔU= Q – τ ou Q = ΔU + τ
τ à Energia que o gás troca com o meio sob a forma de
trabalho:
• τ > 0 o gás fornece energia ao meio, portanto, o
volume aumenta;
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• τ < 0 o gás recebe energia do meio, portanto, o
volume diminui.
• Unidades
1 caloria = 4,2 J
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ΔU
ΔU ˃ 0
T aumenta
ΔU < 0
T diminui
ΔU = 0
T constante
= Q–𝝉
Q>0
recebe calor
Q<0
perde calor
Q=0
adiabática
𝝉>0
expansão
perde EM
𝝉<0
compressão
ganha EM
𝝉=0
Isométrica
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Exemplo 2
Durante uma certa transformação de um gás perfeito
ele ganha 50J de calor e o meio ambiente realiza um
trabalho de 200J sobre o gás contraindo-o. Determine a
variação de energia interna do gás em Joule e cal.
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Solução
O gás ganha calor:
Q = 50J
O gás sofre um trabalho:
τ = -200J
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Na expressão:
ΔU= Q – τ, vem:
ΔU= 50 – (-200)
ΔU= 50 + 200
ΔU= 250 J
1 cal = 4,2 J
𝟐𝟓𝟎
𝑿=
= 𝟓𝟗, 𝟓𝟐 𝒄𝒂𝒍
𝟒, 𝟐
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Experiência sobre o modelo de
gás formado por pequenas
partículas
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1. Durante uma certa transformação de um gás
perfeito ele ganha 100J de calor e o meio ambiente
realiza um trabalho de 600J sobre o gás contraindoo. Determine a variação de energia interna do gás.
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2. Qual a energia interna de 1,5 mols de um gás
perfeito na temperatura de 300k? Considere
R=8,31 J/mol.K.
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3. Um sistema gasoso recebe do meio externo 200 cal
em forma de calor. Sabendo que 1 cal = 4,2J,
determine:
a) o trabalho trocado com o meio, numa
transformação isotérmica em calorias;
b) a variação da energia interna numa transformação
isométrica em calorias e em joule.
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