Termodinâmica

Termodinâmica

A termodinâmica é a parte da Física que trata da transformação da energia térmica em energia mecânica e vice-versa.

Essa transformação é feita utilizando-se um fluido chamado fluido operante.

A termodinâmica será aqui estudada utilizando-se um gás ideal como fluido operante.

Pressão

Considera-se um recipiente cilíndrico, que contém um gás ideal, provido de um êmbolo, de área A, que pode deslocar-se sem atrito, submetido a uma força resultante de intensidade F exercida pelo gás, como mostra a figura.

A pressão que o gás exerce sobre o êmbolo é dada por:

Trabalho numa transformação

Considera-se um gás ideal contido num recipiente, como no item anterior. O trabalho numa transformação gasosa, é o trabalho realizado pela força que o gás aplica no êmbolo móvel do recipiente.

Transformação Isobárica

Da definição de pressão tem-se que.

F = p . A

Da dinâmica, para um deslocamento na mesma direção de uma força constante, tem-se que.

Das duas relações acima conclui-se que

Ao deslocamento está associada a variação de volume . Portanto,

Numa expansão isobárica o volume aumenta e o gás "realiza trabalho" sobre o meio externo.

Numa compressão isobárica o volume diminui e o gás "recebe trabalho" do meio externo.

Transformação qualquer

Através do diagrama ( p X V ) pode-se determinar o trabalho associado a um gás numa transformação gasosa qualquer.

A área A, assinalada na figura acima, é numericamente igual ao módulo do trabalho. O sinal do trabalho depende do sentido da transformação.

Unidades

No S.I. o trabalho é medido em J ( joule ), onde .

Uma outra unidade utilizada é atm. L, onde.

1atm . L = 1atm.1L

Energia Interna

A energia interna (U) de um gás está associada à energia cinética de translação e rotação das moléculas. Podem também ser consideradas a energia de vibração e a energia potencial molecular (atração). Porém, no caso dos gases perfeitos, apenas a energia cinética de translação é considerada.

Demonstra-se que a energia interna de um gás perfeito é função exclusiva de sua temperatura (na Lei de Joule para os gases perfeitos). Sendo gás monoatômico temos:

P portanto, a variação da energia interna () depende unicamente da variação de temperatura ().

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