Introdução à Termodinâmica: Conceitos Básicos, Notas de aula de Física

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Prof: Ricardo Santos

Termodinâmica – O que significa?

• (^) No início, ocupou-se do estudo dos processos que permitiam converter calor em trabalho calor força, movimento

TERMODINÂMICA

Termodinâmica  ramo da Física que tem por objecto de estudo:

• (^) os processos em que há transferência de energia e/ou transformações de energia em sistemas macroscópicos, em termos de variáveis macroscópic como pressão (P), volume (V), área (S) ou comprimento (L), temperatura (T), campo magnético (B), magnetização do material (M tensão superficial ( ), etc (as variáveis de interesse dependem do sistema que se está a estudar);
• (^) as propriedades físicas dos sistemas que são determinantes nos processos de transferência de energia (condutividades e capacidades térmicas, coeficientes de expansão e compressibilidade, ...)

Formalismo termodinâmico pode ser aplicado aos mais diversos sistemas. Exemplos são:

• (^) gás, líquido ou sólido num recipiente ;
• (^) corda esticada ou barra metálica ;
• (^) membrana esticada ;
• (^) circuito eléctrico ;
• (^) íman num campo magnético. Sistemas macroscópicos → contêm um grande númer partículas constituintes (átomos, moléculas, iões, ...) 23  6 , 022  10 A N nº de Avogadro

Sistema termodinâmico Uma certa porção de matéria, que pretendemos estudar, suficientement extensa para poder ser descrita por parâmetros macroscópicos. Vizinhança do sistema Aquilo que é exterior ao sistema e c o qual o sistema pode, eventualmente trocar energia e/ou matéria. Fronteira Superfície fechada , real (uma pared uma membrana, etc) ou abstracta (imaginada por nós), que separa o sistema da sua vizinhança.

Termodinâmica –

vocabulário

Exemplo : Gás contido num cilindro com uma parede móvel Parede móvel (êmbolo) Superfície lateral do cilindro Base do cilindro

Fronteira: paredes do recipiente Sistema: gás num recipiente de parede móvel Vizinhança: ar exterior ao recipiente

Variáveis de estado

ou variáveis termodinâmicas

Grandezas macroscópicas mensuráveis e

que servem para caracterizar o sistema.

(Ex: temperatura (t) , pressão (P) , volume (V) ,

magnetização de um íman (M) , área superficial

de um líquido (S) , tensão numa corda (T) , etc.)

Temperatura Interpretação microscópica  medida da energia cinética média dos átomos ou moléculas que constituem o sistema. (gases: energia cinética de translação; sólidos: energia cinética de vibração)

Relação entre escalas de

temperatura

Celsius e Kelvin

Escala Kelvin:

T ( K )  t (º C )  273 , 15

Escala Celsius:

Princípio Zero SISTEMA C SISTEMA A SISTEMA B SISTEMA C SISTEMA A SISTEMA B Dois sistemas (A e B) em equilíbrio térmico com um terceiro sistema (C) estão também em equilíbrio térmico um com o outro. Isto é, verifica-se a propriedade transitiva da relação de equilíbrio térmico. A temperatura é a propriedade que é comum a sistemas que se encontram em equilíbrio térmico (mesma classe de equivalência).

Estado de equilíbrio

termodinâmico

Estado termodinâmico caracterizado por

um valor uniforme (o mesmo por todo o

sistema) e estacionário (não varia com o

tempo) das variáveis termodinâmicas.

Equilíbrio térmico Valor uniforme da temperatura (contacto térmico entre sub- sistemas) Equilíbrio mecânico Valor uniforme da pressão (no caso de gases). Equilíbrio químico Valor uniforme das concentraçõe químicas.

Exemplo : Expansão/compressão de um gás ideal

Calorimetria

É a parte da Termologia que estuda a

quantidade de calor recebida ou perdida por

um corpo.