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1ª e 2 a Leis da Termodinamica

1ª e 2 a Leis da Termodinamica. Termodinâmica é a ciência que trata. do calor e do trabalho das características dos sistemas e das propriedades dos fluidos termodinâmicos. Alguns ilustres pesquisadores que construiram a termodinâmica. James Joule 1818 - 1889. Sadi Carnot 1796 - 1832.

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1ª e 2 a Leis da Termodinamica

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Presentation Transcript

  1. 1ª e 2a Leis da Termodinamica

  2. Termodinâmica é a ciência que trata • do calor e do trabalho • das características dos sistemas e • daspropriedades dos fluidos termodinâmicos

  3. Alguns ilustres pesquisadores que construiram a termodinâmica James Joule 1818 - 1889 Sadi Carnot 1796 - 1832 Emile Claupeyron 1799 - 1864 Rudolf Clausius 1822 - 1888 Wiliam Thomson Lord Kelvin 1824 - 1907

  4. Contribuição de James Joule. Lei da Conservação de Energia James P. Joule (1818-1889) Nasceu em Salford - Inglaterra As contribuições de Joule e outros levaram ao surgimento de uma nova disciplina: a Termodinâmica 1a Lei da Termodinâmica

  5. Para entender melhor a 1a Lei de Termodinâmica é preciso compreender as características dos sistemas termodinâmicos e os caminhos “percorridos” pelo calor...

  6. Sistema Termodinâmico Certa massa delimitada por uma fronteira. Sistema Aberto Sistema que não troca massa com a vizinhança, mas permite passagem de calor e trabalho por sua fronteira. Vizinhança do sistema. O que fica fora da fronteira Sistema fechado Sistema que não troca energia nem massa com a sua vizinhança.

  7. Transformação Variáveis de estado Variáveis de estado P2 V2 T2 U2 P1 V1 T1 U1 Estado 1 Transformação Estado 2

  8. Processos “Caminho” descrito pelo sistema na transformação . P1 V1 T1 U1 P2 V2 T2 U2

  9. Transformações 1a Lei da Termodinâmica Sistema Fechado W > 0→ sistema realiza trabalho W < 0→ sistema sofre trabalho Q > 0→ sistema recebe calor Q < 0→ sistema perde calor 1a Lei Q = W + ΔU ΔU = U2 – U1 Variação Energia Interna

  10. Variação da Energia Interna Q = W + ∆U Gás Expansão nula W = 0 Δ U = Q ΔT = 0 → ΔU = 0 ΔT > 0 → ΔU > 0 ΔT < 0 → ΔU < 0 Como U é uma variável de estado, ΔU não depende do processo. ΔU depende apenas de ΔT. A energia interna de um gás é função apenas da temperatura absoluta T.

  11. O calor Q que passa pelas fronteiras do sistema depende do processo.

  12. O trabalho que atravessa a fronteiradepende do processo? ∆U = Q - W W = F.d . W depende de como a pressão e volume mudam no processo. F = Pr.S W = Pr.S.d ∆V = V2 -V1 W = Pr.ΔV

  13. Diagramas P x V Gases ideais Estado 1 1 P1 Como as variáveis de estado se relacionam? T1 no de moles V1 P1V1 = nRT1 Equação de estado Constante dos gases R  = 8,31 J/mol.K = 2 cal/mol.K

  14. Processo isovolumétricoTransformação a volume constante Q = m  CV  (T2-T1) Calor específico a volume constante 1ª Lei da Termodinâmica Transformação de 1 → 2 Q = W + U W = 0 ∆V = 0 Volume invariável Isovolumétrica U = Q

  15. Processo isobárico Transformação a pressão constante calor específico a pressão constante Q =+ m CP(TB - TA) W = Po [VB-VA] 1ª Lei da Termodinâmica Q = W + U

  16. Processo Isotérmico Transformação à temperatura constante Êmbolo movimentado lentamente ∆U = 0→ ∆T=0 Q = W + 0  Q = W

  17. Processo adiabáticoTransformação sem troca de calor O processo ocorre tão rapidamente que o sistema não troca calor com o exterior. Movimento rápido do êmbolo. Q = 0 Q = 0 Primeira Lei da Termodinâmica Q = W + ∆U Q = 0 → ∆U= - W W = -   ∆U Compressão adiabática Trabalho transforma-se em calor W Área sob o grafico

  18. Processos cíclicos 1.- ∆Uciclo = ∆U = 0 pois Tfinal = Tinicial 2.- Qciclo = Q 3.- Wciclo = W = área 12341 1a Lei da Termodinâmica Qciclo = Wciclo + ∆Uciclo Qciclo =  Wciclo Wciclo > 0 → Qciclo 0 O sentido do ciclo no diagrama PV :  horário. O sistema recebe Q e entrega W

  19. Máquinas Térmicas “Trabalham” em ciclos.

  20. A máquina de Denis Papin1647 - 1712 Trabalho Para onde a máquina rejeita calor QCold Fonte quente Fonte fria De onde a máquina retira calor QHot. Ciclo

  21. Eficiência térmica: 1ªLei Em cada ciclo ∆U = 0 W = Q1-Q2 Eficiência = W/Q1= (Q1-Q2)/Q1 ε= [1 – Q2/Q1]

  22. Ciclo Refrigerador Refrigerador 12: compressão adiabática em um compressor 23: processo de rejeição de calor a pressão constante 34: estrangulamento em uma válvula de expansão (com a respectiva queda de pressão) 41: absorção de calor a pressão constante, no evaporador

  23. Qual o limite da eficiência de uma máquina térmica ? ε= [1 – Q2/Q1] Q1→ 0 ε→ 1 ε→ 100% É possível construir esta máquina?

  24. A máquina ideal de Carnot Ciclo reversível A eficiência da Máquina de Carnot No ciclo: ∆U=0 → W = Q1 - Q2 ε = W/Q1 = [Q1-Q2]/Q1  =  1 -  Q2/Q1   Q2/Q1 = T2/T1 ε =  (1 -  Q2/Q1) = (1 - T2/T1) ε = 1 - T2/T1 BC e DA = adiabáticas Princípio de Carnot "Nenhuma máquina térmica real, operando entre 2 reservatórios térmicos T1 e T2 , pode ser mais eficiente que a "máquina de Carnot" operando entre os mesmos reservatórios"

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