Baixe Aula 7 Física II primeira lei da termodinâmica e outras Notas de aula em PDF para Engenharia Química, somente na Docsity! FII 2010 LCC Ciclo Básico Leis da Termodinâmica Profa. Lilia Coronato Courrol FII 2010 LCC Ciclo Básico AGOSTO 1 -Conceito de Onda. Onda em uma dimensão: progressivas, harmônicas e equação de ondas. 5 2 - ONDAS MECÂNICAS Tipos de ondas Mecânicas. Ondas periódicas. Velocidade de onda transversal e longitudinal. Ondas sonoras nos gases. Energia no movimento ondulatório.12 3 - INTERFERÊNCIA DE ONDAS E MODOS NORMAIS Condições de contorno de uma corda e o Princípio da superposição. Ondas estacionárias em uma corda. Modos normais de uma corda. Ondas estacionárias longitudinais e modos normais. Interferência de ondas. Ressonância.19 4 - SOM Ondas Sonoras: relações de densidade- pressão, deslocamento-pressão, pressão- deslocamento. Intensidade e velocidade do Som. Batimentos. Fontes sonoras. Efeito Doppler.26 Cronograma FII 2010 LCC Ciclo Básico NOVEMBRO 13 - SEGUNDA LEI DA TERMODINÂMICA Segunda Lei da Termodinâmica: enunciados de Clausius e de Kelvin. Motor térmico, refrigerados. Ciclo de Carnot: teorema de Carnot. Teorema de Clausius. ENTROPIA Entropia e processos reversíveis: transformação adiabática reversível, variação da entropia numa transição de fase, fluido incompressível sem dilatação, entropia de uma gás ideal. Variação de entropia em processos irreversíveis: expansão livre, difusão de um gás em outro, condução do calor. Princípio do aumento da entropia.4 14 - INTRODUÇÃO À MECÂNICA ESTATÍSTICA Distribuição de Maxwell: método de Boltzmann, velocidades características. 11 P2: 18 Reposição de lab 25 (14 – 18 hs) SUB: 02 DEZEMBRO Exame: 14/12 FII 2010 LCC Ciclo Básico Primeira Lei Introdução FII 2010 LCC Ciclo Básico Termodinâmica – uma primeira abordagem Origem: Wikipédia, a enciclopédia livre. A Termodinâmica é a parte da Física que estuda os fenômenos relacionados com trabalho, energia, calor e entropia, e as leis que governam os processos de conversão de energia. Apesar de todos nós termos um sentimento do que é energia, é muito difícil elaborar uma definição precisa para ela. Energia pode ser vista como a capacidade de realizar um trabalho ou a capacidade de realizar mudanças nos sistemas. FII 2010 LCC Ciclo Básico Termodinâmica – uma primeira abordagem O termo termodinâmica foi primeiramente utilizado numa publicação de Lorde Kelvin em 1849. O primeiro texto de termodinâmica foi escrito em 1859 por William Rankine, um professor da Universidade de Glasgow na Escócia. O grande progresso da termodinâmica ocorreu no início dos anos de 1900, quando foram expurgadas teorias errôneas, transformando-se numa ciência madura. FII 2010 LCC Ciclo Básico Termodinâmica – uma primeira abordagem É baseada em leis estabelecidas experimentalmente: A Lei Zero da Termodinâmica determina que, quando dois corpos têm igualdade de temperatura com um terceiro corpo, eles têm igualdade de temperatura entre si. Esta lei é a base para a medição de temperatura. Primeira Lei da Termodinâmica fornece o aspecto quantitativo de processos de conversão de energia. É o princípio da conservação da energia, agora familiar, : "A energia do Universo é constante". A Segunda Lei da Termodinâmica determina o aspecto qualitativo de processos em sistemas físicos, isto é, os processos ocorrem numa certa direção mas não podem ocorrer na direção oposta. Enunciada por Clausius da seguinte maneira: "A entropia do Universo tende a um máximo". FII 2010 LCC Ciclo Básico Energia e Primeiro Princípio Energia total de um sistema       moléculaspcmacroscpc EEEE mec EEE   int Ex: Sistema de n moles de partículas num campo gravítico UmghmvE CMCM  2 2 1 U molar massa  M Mnm Consideraremos sistemas cujo movimento de conjunto é nulo ou quase nulo e cuja variação de energia potencial devido a campos de forças externas é desprezável. Nesse caso, E = U. FII 2010 LCC Ciclo Básico Trabalho infinitesimal dVPW e       sistema o realizado trabalho :o)(compressã dV sistema realizado trabalho :(expansão) dV sobre pelo 0 0 Processo quase-estático PPe  em todas as configurações de equilíbrio          LFL L F VPW        3 2 Unidade SI de trabalho: Joule (J) - + dVPW  ( ) f i V i f V W P V dV   FII 2010 LCC Ciclo Básico Trabalho termodinâmico, num processo que leva o sistema do estado 1 ao estado 2 A   2 1 )(; VPPdVPW  2 1 )( V V dVVPW dVPdA  diagrama P-V ou de Clapeyron  2 1 )( V V dVVPA Expansão AW  FII 2010 LCC Ciclo Básico Trabalho termodinâmico, num processo que leva o sistema do estado 2 ao estado 1 A   2 1 1 2 )()( V V V V dVVPdVVPW  2 1 )( V V dVVPA Compressão AW  FII 2010 LCC Ciclo Básico Num processo não-adiabático, o trabalho realizado sobre um sistema entre os estados inicial (i) e final (f) é diferente do trabalho adiabático realizado entre os mesmos estados (i) e (f). A diferença entre ambos é o calor trocado durante o processo: QWUWUQWWQ adia  Formulação matemática da 1ª Lei FII 2010 LCC Ciclo Básico Calor e Trabalho  por trocas de trabalho com a vizinhança  por trocas de calor com a vizinhança Primeira Lei: A energia interna de um sistema fechado pode variar: QWU  FII 2010 LCC Ciclo Básico Sistema Q T  T+T dT Q T Q C T      0 lim Capacidades térmicas Capacidade térmica Quantidade de calor que é necessário fornecer ao sistema (lentamente), para que a temperatura do sistema aumente de 1 kelvin. FII 2010 LCC Ciclo Básico Equação da adiabática para um gás ideal Processo infinitesimal dum gás ideal dV V nRT dTCdQ PdVdQdTC dWdQdU V V    Processo adiabático infinitesimal dum gás ideal constPVconstTV constVT constVT constVCCTC V dV nR T dT C VPV V           1 1lnln ln)1(ln ln)(ln 0 FII 2010 LCC Ciclo Básico V P VVconst V P VconstP adia             1.. :Adiabática V P Vconst V P VconstP T           21 .. :Isotérmica O declive da adiabática num ponto (P,V) é  vezes o declive da isotérmica que passa nesse ponto. FII 2010 LCC Ciclo Básico Processos termodinâmicos: Adiabático  não troca calor. Isocórico  volume não varia. Isobárico  pressão não varia. Isotérmico  temperatura não varia. Cíclico  retorna ao estado inicial. 0 i f Q U W     0i fW U Q     ( ) i f i f f i U Q W W P V V        0 _ i fU Q W U gás ideal       0 i f U Q W    FII 2010 LCC Ciclo Básico Exemplos 1) Suponha que 1Kg de água a 100C é convertido em vapor a 100C à pressão atmosférica padrão (1atm=1,01.105Pa) no arranjo da figura abaixo. O volume da água varia de um valor inicial de 1.10-3m3 do líquido para 1,671m3 do vapor. (Dado: Lv=2256KJ/Kg) KJE E WQEc KJQ Q LmQb JW W VVpWa v if 33,2087 1686702256000 ) 2256 10.2256.1 .) 168670 )10.1671,1.(10.01,1 )() int int int 3 35           a) Qual é o trabalho realizado pelo sistema durante esse processo? b) Qual é a energia transferida em forma de calor durante o processo? c) Qual é a variação da energia interna do sistema durante o processo? FII 2010 LCC Ciclo Básico ht st t t 9,5 65,21368 0757,0 66,1617 66,1617 0757,0             t t Q TTA t Q PP t Q tot s tot radabs tot 8,150486,112 273250.10.9.9,0.10.67,5 ... P Radiação 4448 44 liq        Exemplo 1) (Halliday, p.203) Durante um passeio na floresta, você resolve fabricar gelo para o seu fabricante. Infelizmente, a temperatura mínima do ar à noite é 6C, uma temperatura que está acima do ponto de congelamento da água. Entretanto, como o céu de uma noite sem lua e sem nuvens se comporta como um radiador de corpo negro a uma temperatura Ts=23C, talvez possa fabricar gelo permitindo que uma camada fina de água irradie energia para o céu. Para começar, você isola termicamente um recipiente do chão, colocando sob o recipiente uma camada de espuma de borracha. Em seguida, você despeja água no recipiente, formando uma camada fina e uniforme de massa m=4,5g, área A=9cm2, profundidade d=5mm, emissividade ε=0,9 e temperatura inicial 6C. Determine o tempo necessário para a água congelar por radiação. É possível congelar a água antes do nascer do dia? JQ calQ LmQ JcalQ Q TcmQ f 8,1504 36080.5,4 . água a congelar para retiradoCalor 86,112)18,4(.27 )60.(1.5,4 .. C0º até água aresfriar para retiradoCalor      