Gás
• Gás Ideal: Esse tipo de gás obedece às seguintes condições:
→Suas partículas são perfeitamente elásticas e não ocupam espaço.
→Não há interação (forças atraentes ou repulsivas),
→As moléculas que compõem o gás estão em constante movimento aleatório, que obedecem às leis de Newton.
→O número total de moléculas é muito grande e a separação entre elas é muito maior do que o volume ocupado por elas.
→As moléculas também colidem elasticamente com as paredes do recipiente.
→O gás é composto por substâncias puras, ou seja, suas moléculas são idênticas.
→As dimensões das moléculas do gás são consideradas desprezíveis.
• O gás ideal não existe, mas pode-se aproximar dele se reduzir a pressão e aumentar a temperatura do gás.
Variáveis de Estado
• Temperatura
→Grau de agitação térmica das moléculas que compõem o gás.
→Sua unidade de medida no SI (Sistema Internacional de Unidades) é Kelvin.
• Volume
→O volume ocupado pelo gás será determinado pelo recipiente que o contém.
→Sua unidade de medida no SI é m^3.
• Pressão
→Dada pela relação entre a força aplicada contra as paredes do recipiente e a área de colisão.
→Sua unidade de medida no SI é o Pascal (Pa), definido como N/m^2.
Transformações Gasosas
• Transformação Isobárica
→Aquela em que a pressão é constante, com variação de temperatura e volume.
- Volume inicial (V0)/ Temperatura inicial (T0) = Volume final (VF)/ Temperatura final (TF)
• Transformação Isovolumétrica/isocórica
→Aquela em que o volume é constante, com variação de temperatura e pressão.
• Transformação Isotérmica
→Aquela em que a temperatura é constante, com variação de pressão e volume.
Equação
• Equação de Clapeyron
→p⋅V = n⋅R⋅T
- p = pressão em Pa.
- V = volume em m^3.
- n = número de mols.
- R = constante; vale 8,31.
- T = temperatura em Kelvin.
Energia
• Sistema: região de análise
→Isolado: não há trocas de energia ou massa com vizinhança.
→Fechado: não há troca de massa com a vizinhança.
→Aberto: há trocas de energia e massa com a vizinhança.
• Formas de Energia
→Calor (Q): energia de “baixa” qualidade. Flui espontaneamente do corpo de alta temperatura para o corpo de baixa temperatura.
→Trabalho (W): energia de “alta” qualidade. Independe da diferença de temperatura entre corpos.
→Energia Interna (U): energia total de um sistema físico que corresponde a soma das energias cinética e potencial das partículas que compõe esse sistema. É relacionada ao movimento, à energia de agitação, dos átomos e moléculas de um corpo.
Troca de Calor
• Transformação adiabática: é nula a troca de calor entre o gás e o meio.
• 1ª Lei da Termodinâmica: A variação da quantidade de energia de um sistema (ΔU) é igual a quantidade líquida transferida para dentro do sistema na forma de calor (Q) menos a quantidade líquida de energia transferida para fora do sistema na forma de trabalho (𝛕).
→É uma consequência da conservação de energia e vale para todos os casos que envolverem calor e trabalho mecânico.
→ΔU = Q - 𝛕
Máquinas Térmicas
• Máquina térmica é qualquer dispositivo que realiza trabalho a partir do calor.
• O fluxo natural é o calor fluir do corpo de maior temperatura ao corpo de menor temperatura. A máquina térmica se aproveita disso e pega calor da fonte quente e produz trabalho (𝛕).
→𝛕 = Qq - Qf
- Trabalho é o calor quente (Qq) menos o calor frio (Qf).
• O rendimento (𝝶) de uma máquina térmica é útil (o que eu produzo) sobre o total (o que eu poderia produzir ao todo).
• Máquinas Frigoríficas: quando deseja-se fazer que a energia térmica se desloque do corpo frio ao corpo quente, só consegue se alcançar essa situação por meio de um processo forçado.
→As máquinas frigoríficas retiram o calor da fonte fria e o jogam para fora, na fonte quente. Essa diferença de calor é paga com a realização de trabalho.
→Exemplos de máquinas frigorificas: geladeira, freezer, ar-condicionado…
→𝛕 = Qq - Qf
• Máquinas de Carnot: são máquinas com rendimento máximo possível. Deve ser isotérmica e adiabática. Para ter ganho de calor a uma temperatura constante, a temperatura tem que ser igual a da fonte.
→Ciclo de Carnot estabeleceria os limites para alcançar os maiores rendimentos possíveis:
1) Expansão Isotérmica, em que todo o calor recebido é transformado em trabalho.
2) Isola-se o ciclo, permitindo que o gás sofra uma expansão adiabática.
3) o gás realiza mais trabalho sobre o meio, sofrendo compressão térmica, cedendo calor para o meio externo.
4) O cilindro é isolado e sofre compressão adiabática, retornando a temperatura do passo 1.
Entropia
• Entropia (S): nível de desordem das moléculas em um sistema, ou o número total de possíveis maneiras nos quais os átomos de um objeto podem ser arranjados.
→Entropia sempre tende a aumentar.
- Q = calor.
- T = temperatura.
• 2ª Lei da Termodinâmica: não é possível construir uma máquina térmica que, operando em ciclos, transforme todo o calor em trabalho. O calor flui espontaneamente da fonte quente para a fonte fria.
→Em um processo termodinâmico, a variação de entropia é sempre maior ou igual a 0. Quando a variação de entropia é igual a 0, temos um sistema reversível.
Fonte: CERICATO, Lauri. et al. Revisão Anual de Física - Módulo 2. São Paulo, SP: Editora FTD, 2018.
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