a 1 Lei da Termodinmica Sistema aberto fechado

a 1 Lei da Termodinâmica Sistema aberto, fechado, isolado

Calor (q) Fronteira diatérmica Fronteira adiabática

Fronteira adiabática Glass Wool Insulation Rock Wool Insulation Ceramic Fiber Insulation

Fronteira diatérmica

Processos endotérmicos (a) e exotérmicos (b) em sistemas com fronteira adiabática Processos endotérmicos (a) e exotérmicos (b) em sistemas com fronteira diatérmica

Transferência de energia na forma de calor - Movimento desordenado nas vizinhanças

Trabalho (w) Transferência de energia na forma de trabalho Movimento ordenado nas vizinhanças

A Primeira Lei da Termodinâmica A energia total de um sistema, na termodinâmica, é denominada energia interna, U. Esta energia é a soma das energias cinéticas e potencial dos átomos/moléculas que compõem o sistema.

Expressão matemática da Primeira Lei, mostrando a dependência da energia interna do sistema com o calor e trabalho. A Primeira Lei corresponde a uma lei de conservação de energia. Convenção : w>0 e q>0 se a energia é transferida da vizinhança para o sistema; w<0 e q<0 se o sistema perde energia para a vizinhança.

Trabalho de Expansão : Se um sistema altera se volume contra uma pressão que se opõe, observa-se, nas vizinhanças, um efeito de trabalho. Fundamentalmente Pext é arbitrário e não está relacionado com a pressão do sistema.

Qual o valor do trabalho no caso da expansão de um sistema no vácuo (expansão livre)? ? ?

Expansão contra uma pressão externa constante

Expansão Isotérmica Reversível OBS. Aplicável somente para gases ideiais OBS. Não se pode obter mais trabalho do que para um processo reversível

Mudanças de Estado a Volume Constante d. V=0 => d. U=dq d. T – variação de temperatura do sistema; dq. V – calor trocado com a vizinhança. CV (+) CV - capacidade calorífica do sistema a volume constante (facilmente mensurável)

Variação infinitesimal Variação finita

A expressão acima mostra que podemos calcular U exclusivamente a partir de propriedades do sistema. q. V > 0 => U > 0 : energia do sistema aumenta, o calor escoa a partir das vizinhanças; q. V < 0 => U < 0 : energia do sistema diminui, o calor escoa para as vizinhanças; d. T > 0 => d. U > 0 : Para um sistema mantido a volume constante, a temperatura é um reflexo direto da energia do sistema.

Mudanças de Estado a Pressão Constante Na prática de laboratório, a maioria das mudanças de estado são levadas a efeito sob pressão atmosférica constante, que é igual à pressão do sistema pext = p

H – Entalpia do sistema, uma função de estado extensiva “Num processo a pressão constante, o calor extraído das vizinhanças é igual ao aumento de entalpia do sistema” Aplicação: Vaporização de um líquido => qvap = Hvap; Fusão de um sólido => qfusão = Hfusão.

d. H = dq (mudança infinitesimal de estado) - H=H(T, p) Pressão constante => dp = 0 Cp (+)

p – constante => dp = 0 Cp, m constante no intervalo de temperatura de interesse OBS. Estas equações se aplicam a qualquer transformação a pressão constante de qualquer sistema de massa fixa, desde que não ocorram mudanças de fase ou reações químicas.

Quando um sistema está submetido a pressão constante e pode alterar o seu volume, parte da energia que lhe é fornecida como calor pode escapar de volta para as vizinhanças na forma de trabalho. Neste caso, a variação de energia interna é menor do que a energia fornecida ao sistema como calor.

Variação da energia interna e da entalpia com a temperatura. O que significam as derivadas nos pontos A e B? Por que H > U ?

Dependência de Cp, m com a temperatura a, b e c são independentes da temperatura

Para gases ideais: gases monoatômicos: Cv, m = 12 Jmol-1 K-1

Coeficiente de expansão térmica α =1/V(∂V/∂T) V p

Coeficiente de compressibilidade α = - 1/V(∂V/∂p) V T

Sodium Potassium Rubidium Cesium

Transformações Adiabáticas Gás ideal: energia interna é função apenas da temperatura

Transformação Adiabática Reversível (Gás Ideal) c

Razão entre capacidades caloríficas e curvas adiabáticas (Gás Ideal) Transformação adiabática reversível

(a) Adiabáticas de um gás perfeito numa expansão reversível; (b) Observe que a pressão tem uma queda maior numa adiabática do que numa isoterma, pois na primeira há diminuição de temperatura.

Exercícios: 3) Calcule a quantidade de energia na forma de calor, para aquecimento de 1 kg de água, à pressão constante de 1 atm, desde – 5 o. C até 120 o. C. Dados: M(H 2 O) = 18 g/mol; Δfus. H= 6, 01 k. J/mol; Δvap. H= 40, 68 k. J/mol; Cp, m (H 2 O, sol) = 37 J/mol. K; Cp, m (H 2 O, liq) = 75, 4 J/mol. K; Cp, m (H 2 O, gas) = 27, 5 J/mol. K

Exercícios:

Exercícios:

Exercícios: 6) Calcule a variação de energia interna do sistema na transformação de H 2 O liquido (100 o. C; 1 atm) para H 2 O vapor (100 o. C; 1 atm). Dados: M(H 2 O) = 18 g/mol; Δvap. H= 40, 68 k. J/mol; massa específica do H 2 O liquido a (100 o. C; 1 atm) = 0, 9583 g/cm 3; volume específico do H 2 O vapor a (100 o. C; 1 atm) = 1, 694 m 3/kg 7) ) Um forno elétrico é usado para fundir sucata de cobre. A sucata está numa temperatura inicial de 25 o. C. O consumo médio de potência do forno é de 280 k. Wh por tonelada de cobre fundido. Estime a eficiência térmica do forno, considerando que a temperatura final do cobre é de 1200 o. C. Dados: Ponto de fusão do cobre: 1083 o. C; Calor de fusão do cobre: 12970 J/mol. Cp(Cu, s) = 22, 64 + 6, 28. 10 -3 T em J/mol. K Cp(Cu, l) = 31, 38 em J/mol. K