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TERMODINÂMICA Sistema – Corpo ou conjunto de corpos sujeitos a alterações que lhe modificam as propriedades características. Até mesmo os corpos vizinhos também produzem modificações nas suas propriedades e também podem ser afectados.
Os sistemas podem ser: abertos, fechados e isolados. (definir). As modificações são visíveis a nível macroscópico (variáveis de estado). As variáveis de estado são propriedades características de um estado do sistema. Dependem apenas do estado inicial e final e não do caminho percorrido. As variáveis de estado estão relacionadas entre si por equações de estado. Ex : pv = nRT Aí estão algumas variáveis de estado, pressão, temperatura, volume e ainda energia. A energia pode ser cinética: resulta do movimento das partículas do sistema e pode ser potencial resultante da interacção entre as partículas do sistema (átomos, moléculas, iões, etc) TRABALHO E CALOR Existem 2 formas para um sistema trocar energia com o exterior: trabalho e calor. O trabalho é um meio mecânico de fornecer energia, o calor é um meio não mecânico de fornecer energia. A temperatura sobe quer fornecendo calor, quer fornecendo trabalho. ΔE = q + w No entanto tanto o trabalho como o calor não são variáveis de estado porque são energia em trânsito. Se um sistema realiza trabalho sobre o exterior, cede energia. Se o exterior realiza trabalho sobre o sistema, o sistema ganha energia. Esquema Tudo o que entra é positivo, tudo o que sai é negativo. O Joule e a Caloria Caloria é a energia necessária para elevar de 1ºC, a temperatura de 1g de água. 1 cal = 4,18 J
Escalas de temperatura:
Escala termodinâmica de temperatura ou temperatura absoluta: Unidade SI Kelvin (K) T (K) = 273,16 + T(ºC) 1ª LEI DA TERMODINÂMICA Tem a ver com o princípio da Conservação da energia – A energia total do Universo mantém-se constante ou Num sistema isolado a energia total mantém-se constante. ΔE = 0 J Apesar disso, a possibilidade de dispor dela vai diminuindo, decresce a capacidade do sistema para sofrer transformações espontâneas. Se durante qualquer processo no Universo ocorre uma diminuição de energia, há em qq. outra parte um aumento de energia. Só se pode verificar as trocas de energia, não os conteúdos energéticos dos corpos. PROCESSOS ESPONTÂNEOS (IRREVERSÍVEIS) A energia térmica flui espontaneamente de um corpo a uma temperatura mais elevada para um corpo a uma temperatura mais baixa e não o contrário. Ex: Um corpo em movimento em sup. rugosa vai dissipando energia cinética que se converte em calor; nenhum corpo à custa de energia térmica (retirada do meio ambiente) aumenta a sua Ec. Outro: O H e o O combinam-se dando H2O líquido, libertando calor. O contrário não acontece. (H2O + calor não dá H e O). A propriedade que determina o sentido da sua evolução espontânea chama-se entropia (S) A entropia aumenta para uma situação de máxima entropia. Nessa altura uma transformação espontânea → a capacidade para evoluir espontaneamente é nula. Um sistema evolui espontaneamente para um estado de maior desordem, ou seja, de maior estabilidade. É uma propriedade de estado a entropia (S) PROBABILIDADE E DESORDEM : ENTROPIA Ex: uma caixa com moedas de várias países empilhadas por ordem crescente do seu valor. Com um ligeiro toque, essa ordenação desaparece, misturam-se. A transformação inversa é impossível. Do estado ordenado → para o estado desordenado Processo espontâneo ENTROPIA E 2ª LEI DA TERMODINÂMICA A entropia do Universo aumenta constantemente ou num sistema isolado A entropia cresce com a desordem. A entropia cresce com a energia térmica absorvida pelo sistema. O aumento de entropia de um sistema ΔS é função do calor absorvido ΔQ ΔS = f (ΔQ) ΔS = ΔQ T – temp. absoluta T Um ex. é quando se dá a fusão de sólido a líquido a temperatura constante. COMPARAÇÃO DAS 2 LEIS 1ª lei – ΔE (total) = 0 – em qq transformação 1ª lei – Ei (total) = Ef (total) 2ª lei – Si (total)< Sf (total) ΔS > 0 espontâneas 2ª lei - Si> Sf ΔS < 0 impossível 2ª lei – Si = Sf ΔS = 0 estado de equilíbrio Um aparte: Qualquer tipo de energia se pode transformar em térmica. O contrário não acontece, porque ΔS < 0, portanto impossível. Teríamos -ΔS = -ΔQ T Ao passar de térmica para outro tipo de energia é retirar calor ao sistema (-ΔQ), logo a variação de entropia seria –ΔS. MÁQUINAS TÉRMICAS São dispositivos que transformam calor em energia mecânica. Para isso há 2 fontes: fonte quente e fonte fria. Fonte quente – sistema de onde se extrai energia térmica, porque está a temperatura mais elevada (ΔQ1) retirada. Fonte fria – Sistema que recebe a energia térmica (ΔQ2) fornecida. Quando retiramos energia térmica ΔQ1 a um sistema, teremos que fornecer simultaneamente energia ΔQ2, de modo a que a soma das variações de entropia seja pelo menos nula Se T1>T2 ΔS1 = ΔS2 ΔS1 = -ΔQ1 ΔS2 = -ΔQ2 T1 T2
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