1. Definições e revisão das relações fundamentais
Termodinâmica é um conjunto de 4 leis que limitam os modos como um sistema
pode mudar
mudar.
1.
Existe uma propriedade do universo, chamada sua energia, que não pode
mudar, independentemente de quais processos nele venham a ocorrer.
(relacionado a Primeira Lei e trata da conservação de energia)
2.
Existe uma propriedade do universo, chamada sua entropia, que somente
pode variar em uma direção, não importa quais os processos que nele
venham a ocorrer.
(relaciona a grandeza entropia aos fenômenos espontâneos ou irreversíveis)
3.
Existe uma escala de temperatura absoluta universal e esta tem um valor
mínimo, definido como o zero absoluto, e nesta temperatura a entropia
de todas as substâncias é a mesma. (0 K = -273,15 C).
(no que se refere à entropia – Terceira Lei da Termodinâmica)
1. Definições e revisão das relações fundamentais
4
4.
A Lei Zero é um mecanismo para definir temperatura e estabelece:
se dois objetos estão em equilíbrio térmico com um outro objeto então os objetos
estarão em equilíbrio térmico um com o outro, e de fato estarão na mesma
temperatura.
(“objeto específico” é um termômetro)
1. Definições e revisão das relações fundamentais
Lei Zero – Existe uma escala de temperatura e energia (calor)
sempre flui para baixo nesta escala.
1a Lei – Energia se conserva.
2a Lei – Entropia não se conserva. Entropia sempre muda em uma
única direção (aumenta).
3a Lei – Existe uma temperatura de zero absoluto e a entropia de
todas as substâncias é a mesma no zero absoluto.
absoluto
1. Definições e revisão das relações fundamentais
Um sistema está em equilíbrio termodinâmico quando suas
propriedades não variam com o tempo, implicando em:
a) equilíbrio térmico: a temperatura T deve ser a mesma em todos os
pontos do sistema;
b) equ
equilíbrio
b o mecânico:
ecâ co a p
pressão
essão de
deve
e se
ser a mesma
es a e
em todos os
pontos do sistema;
c) equilíbrio químico: a composição do sistema não varia com o
tempo.
1. Definições e revisão das relações fundamentais
Energia - "Energia é uma capacidade de produzir trabalho".
Formas de energia:
energia potencial é capaz de provocar mudança de posição em relação a um
campo gravitacional;
energia cinética se está em movimento;
energia elétrica se tem um potencial elétrico diferente de sua vizinhança;
energia molecular, a energia existente nas suas ligações químicas;
energia nuclear, a existente no núcleo de seus átomos;
energia térmica
térmica, associada à agitação das moléculas na matéria condensada ou à
velocidade das moléculas dos gases.
1. Definições e revisão das relações fundamentais
Trabalho: é energia
g em transformação;
ç ; é um conceito dinâmico.
Um corpo não contém trabalho; trabalho é realizado durante uma transformação,
durante um processo, durante uma reação.
Trabalho não deve ser visto meramente como o trabalho mecânico:
- uma força (ou diferença de pressão), é causa de realização de trabalho mecânico.
- uma diferença de potencial é causa da movimentação de cargas que então
realizam
li
um trabalho
t b lh elétrico.
lét i
Há várias outras formas de trabalho:
trabalho magnético
trabalho superficial
W - trabalho mecânico
W' - outras formas de trabalho
1. Definições e revisão das relações fundamentais
Calor:
C
l
é energia
i em movimento,
i
t por causa de
d um gradiente
di t d
de temperatura;
t
t
difere
dif
portanto do trabalho cuja força motriz pode ser variada.
O calor tem como força motriz,
motriz como causa única,
única a existência de uma diferença de
temperatura.
Um corpo não possui calor.
calor
“estar com calor” – sem significado físico-químico.
Calor não deve ser confundido com Energia Térmica.
Térmica
Q – calor
1. Definições e revisão das relações fundamentais
Certas variáveis dependem explicitamente da natureza do processo ao qual o
sistema é submetido: elas somente tem um significado para sistemas em
processo de mudança
mudança, e dependem da natureza de cada etapa que o sistema
atravessa durante sua transformação: variáveis de processo.
A variação é inerente à própria natureza dessas grandezas.
Calor e o trabalho são duas importantes variáveis de processo;
são grandezas transientes que somente tem significado durante processos:
são quantidades de energia que entram no sistema, ou dele saem,
sob uma forma particular, durante um processo de transformação
particular.
1. Definições e revisão das relações fundamentais
Uma das mais importantes propriedades dos sistemas é sua energia.
Podem existir diversas formas de energia:
energia mecânica
térmica
molecular
elétrica
nuclear
magnética
etc.
A energia total contida em um sistema é chamada de energia interna, U.
1. Definições e revisão das relações fundamentais
Um sistema pode ser classificado nas seguintes categorias:
Sistema unário: tem um único componente.
Sistema multicomponente: tem mais de um componente químico.
Si t
Sistema
homogêneo:
h
ê
t
tem
uma fase
f
única,
ú i
unifásico.
ifá i
Sistema com mais de uma fase: heterogêneo,
g
,p
polifásico.
Sistema fechado (não troca matéria com o meio externo durante o processo
considerado)
id d ) versus aberto
b t (quando
(
d há ttransferência
f ê i d
de matéria)
té i )
Sistema não reacional ((versus reacional):
) mudança
ç de processo
p
é
acompanhada de reações químicas
Si t
Sistema
simples
i l (unário,
( ái h
homogêneo,
ê
ffechado,
h d não
ã reacional)
i
l) versus complexo
l
1. Definições e revisão das relações fundamentais
Exemplos de classificação de sistemas termodinâmicos:
Uma barra de cobre (sólida)
– Unário
Multicomponente
– Homogêneo
Heterogêneo
– Fechado
Aberto
– Não-reacional
Reacional
– Simples
Complexo
1. Definições e revisão das relações fundamentais
Um copo de água com gelo
– Unário
Multicomponente
– Homogêneo
Heterogêneo
– Fechado
Aberto
– Não-reacional
Reacional
– Simples
Complexo
1. Definições e revisão das relações fundamentais
Classifique os seguintes sistemas termodinâmicos:
Um tubo de zircônia estabilizada com ítria
– Unário
Multicomponente
– Homogêneo
Heterogêneo
– Fechado
Aberto
– Não-reacional
Reacional
– Simples
Complexo
1. Definições e revisão das relações fundamentais
Um copo de isopor para café (sem o café)
– Unário
Multicomponente
– Homogêneo
Heterogêneo
– Fechado
Aberto
– Não-reacional
Reacional
– Simples
Complexo
1. Definições e revisão das relações fundamentais
Um copo de isopor para café (com o café)
– Unário
Multicomponente
– Homogêneo
Heterogêneo
– Fechado
Aberto
– Não-reacional
Reacional
– Simples
Complexo
1. Definições e revisão das relações fundamentais
Palheta de turbina de uma liga eutética rodando a 20.000 rpm
– Unário
Multicomponente
– Homogêneo
Heterogêneo
– Fechado
Aberto
– Não-reacional
Reacional
– Simples
Complexo
1. Definições e revisão das relações fundamentais
funções de estado.
estado
Uma função de estado, φ, tem um único valor para um determinado estado;
conseqüentemente ao passar o sistema de um estado A (inicial) para um estado B
(final) a variação da função de estado será sempre dada pela diferença entre os
respectivos valores φA e φB e podemos escrever:
∆φ = φA - φB
Após a realização de um ciclo as propriedades do sistema chamadas de função
de estado tem variação nula.
1. Definições e revisão das relações fundamentais
Função
ç de estado: p
propriedade
p
do sistema cujo
j valor depende
p
da condição
ç
atual do sistema e não da maneira como o sistema chegou a tal condição.
Como as propriedades ou funções de estado são características do estado, isto é,
elas não dependem do modo como foi atingido, podemos dizer que “uma função
de estado é qualquer quantidade cuja variação só dependa das
características do estado final e do estado inicial".
Funções de estado:
temperatura
pressão
volume
l
composição química
Um dos aspectos fundamentais da termodinâmica consiste na identificação dessas
propriedades, assim como de outras funções de estado menos familiares, como:
entropia S
energia interna U
entalpia H
energia livre G.
1. Definições e revisão das relações fundamentais
Um processo converte um sistema de um estado inicial A para um estado final B.
Precisamente pelo fato de que as propriedades que entram na categoria de funções
de estado só dependem do estado do sistema, a sua variação será sempre dada
pelo seu valor no estado final B menos o seu valor no estado inicial A.