TermodinAmica Fundamentos e 1° Lei.pptxMND

TRABALHO DE UM GÁS, ENERGIA INTERNA

1. Termodinâmica: Fundamentos e 1ª Lei Explorando calor, trabalho e energia interna em sistemas.

2. Introdução à Termodinâmica A Termodinâmica é o ramo da física que investiga as transformações de energia. Ela estuda as relações entre calor, trabalho e outras formas de energia, e como essas transferências afetam a matéria. Compreender a termodinâmica é crucial para diversas tecnologias, desde motores a combustão até refrigeradores. Motor a vapor: Termodinâmica, calor, trabalho e energia.

3. Energia Interna de um Gás Ideal Para os gases, a energia interna, representa por U, corresponde a somatória de várias parcelas, tais como a energia cinética, energia potencial de configuração, energia cinética de rotação das moléculas, dos movimentos das partículas elementares nos átomos. Verifica-se que só ocorre variação de energia interna ( Δ U) em um gás, caso haja variação em sua temperatura ( Δ T ) valendo a denominada lei de Joule para os gases perfeitos.

4. Energia Interna de um Gás Ideal Ex.01: Uma quantidade de 5 mols de moléculas de um gás perfeito monatômico sofre uma variação de 100 k para 600 k em sua temperatura. Sendo a constante universal dos gases perfeitos R= 8,31 J/ mol.k , determine a variação de energia interna energia sofrido pelo gás.

5. Energia Interna de um Gás Ideal Ex. 02: Tem-se 3 mols de moléculas de um gás monoatômico ideal inicialmente a -60°C. Sua temperatura, num dado processo termodinâmico, se eleva para 160°C. Sendo R= 8,31J/ mol.k , determine a variação sofrida pela energia interna do gás nessa transformação.

6. Energia Interna de um Gás Ideal Ex.01: A energia interna de um gás é a medida da energia cinética média de todas suas partículas. A energia interna contida em 2 mols de um gás monoatômico ideal, a uma temperatura de 300 K, é de aproximadamente: Dados: R = 8,37 J/ mol.K . a) 7,5.10³ J b) 600,0 J c) 2,5.10³ J d) 5,0.10³ J e) 500,0 J 02: Um mol de gás ideal monoatômico está a 300 K. Qual a energia interna do sistema? Dados: R=8,314 J/ mol⋅K 1,25× j b) 2,50× j c) 3,74× j d) 5,00× j e) 7,48× j  

7. Fatores que Influenciam U • Energia interna (U) de gás ideal depende só da temperatura (T). • T é a medida da energia cinética média das moléculas. • Aumentar T eleva a velocidade média das partículas do gás. • U é independente de volume ou pressão para gases ideais.

8. Cálculo da Energia Interna A energia interna (U) de um gás ideal monoatômico, como o Hélio, é U = (3/2) nRT. Onde 'n' é o número de mols, 'R' a constante dos gases ideais e 'T' a temperatura em Kelvin. Assim, a energia interna depende diretamente da temperatura do gás. Energia interna de gases monoatômicos depende da temperatura.

9. Trabalho em Termodinâmica O trabalho termodinâmico é a energia transferida entre um sistema e sua vizinhança, resultante de uma força atuando através de uma distância. Em gases, ele é frequentemente associado à variação de volume contra uma pressão externa, como no movimento de um pistão em um motor. Este processo altera a energia interna do sistema. Trabalho termodinâmico: energia transferida, volume e pressão de gases.

10. Trabalho Realizado por um Gás • Trabalho *pelo* gás: expansão, W > 0 (gás empurra êmbolo). • Trabalho *sobre* o gás: compressão, W < 0 (força externa empurra êmbolo). • Convenção: Trabalho realizado *pelo* sistema é positivo. • Exemplo: Motor de carro, gás em expansão realiza trabalho.

11. Trabalho em Processos Isobáricos Em um processo isobárico, a pressão do gás permanece constante enquanto seu volume varia. O trabalho (W) realizado pelo gás é calculado diretamente pela relação W = PΔV, onde P é a pressão constante e ΔV é a variação de volume. Por exemplo, em motores a combustão, a expansão dos gases dentro do cilindro sob pressão constante empurra o pistão, realizando trabalho mecânico. Pressão constante: trabalho do gás em processo isobárico. Trabalho do gás em processo isobárico: W = PΔV.

12. A Lei da Conservação da Energia A Equação Fundamental: ΔU = Q - W A Primeira Lei da Termodinâmica é uma formulação do princípio de conservação da energia, afirmando que a energia não pode ser criada nem destruída, apenas transformada. Ela se aplica a sistemas termodinâmicos, onde a energia total permanece constante. Por exemplo, em um sistema isolado, a energia interna de um gás pode mudar, mas a soma de todas as formas de energia envolvidas permanece a mesma. Matematicamente, a Primeira Lei é expressa como ΔU = Q - W. Aqui, ΔU representa a variação da energia interna do sistema, Q é o calor trocado (positivo se o sistema recebe calor) e W é o trabalho realizado (positivo se o sistema realiza trabalho sobre o ambiente). Esta equação é crucial para analisar processos como a expansão ou compressão de um gás em um cilindro, onde a variação da energia interna depende diretamente do calor e do trabalho envolvidos.

13. Calor (Q) Trabalho (W) O calor (Q) é considerado positivo quando é adicionado ao sistema, aumentando sua energia interna. Por exemplo, ao aquecer uma panela de água no fogão, o calor transferido para a água é positivo. Inversamente, Q é negativo quando o calor é removido do sistema, como quando um objeto quente esfria no ambiente. O trabalho (W) é positivo quando realizado *pelo* sistema sobre sua vizinhança, resultando na diminuição de sua energia interna. Um gás em expansão que empurra um pistão realiza trabalho positivo. Por outro lado, W é negativo quando o trabalho é realizado *sobre* o sistema, como na compressão de um gás por um pistão.

14. Exemplo de Cálculo ΔU • Primeira Lei da Termodinâmica: ΔU = Q - W. • Sistema recebe 500 J de calor (Q = +500 J). • Sistema realiza 200 J de trabalho (W = +200 J). • ΔU = 500 J - 200 J = 300 J.

15. Transformações Adiabáticas Transformações adiabáticas ocorrem sem troca de calor (Q=0) com o ambiente. Assim, a variação da energia interna (ΔU) é igual ao negativo do trabalho (ΔU = -W). Um exemplo prático é a rápida expansão do gás propelente em um aerossol, onde o resfriamento ocorre devido ao trabalho realizado pelo gás. Expansão adiabática de aerossol: energia interna e trabalho.

16. Processos Cíclicos Em processos cíclicos, um sistema termodinâmico retorna ao seu estado inicial de pressão, volume e temperatura. Isso implica que a variação total da energia interna (ΔU) é nula ao final do ciclo, como ocorre em um motor de combustão interna. Contudo, calor (Q) e trabalho (W) podem ser significativos durante as etapas do ciclo. Motor Carnot: ciclo termodinâmico com calor e trabalho.

17. Como a 1ª Lei Molda Nosso Mundo? De que forma a Primeira Lei da Termodinâmica explica o funcionamento de motores de combustão interna, refrigeradores e até mesmo a manutenção da temperatura do nosso corpo?

18. Recursos https://www.teachy.com.br/resumos/ensino-medio/2ano/fisica/termodinamica-energia-interna-de-um-gas-Expositivahttps://brasilescola.uol.com.br/fisica/energia-interna.htmhttps://pt.slideshare.net/slideshow/termodinamica-71741035/71741035http://masimoes.pro.br/fisica_aplic/11_prim_lei_term/Primeira%20Lei%20da%20Termodin%C3%A2mica%20-%20slides%20da%20aula.pdf

19. Conclusão • A Termodinâmica é a ciência das transformações de energia. • Energia interna (U), calor (Q) e trabalho (W) são grandezas fundamentais. • A Primeira Lei é a conservação da energia: ΔU = Q - W. • Aplicações são vastas, de motores a sistemas biológicos. • Compreender esses conceitos é essencial para a engenharia e ciência.