Termodinâmica Flashcards
O que diz a 1a lei da termodinâmica?
1a lei da termodinâmica: A variação da energia interna de um gás ao longo de uma transformação/ciclo é expressa por meio da diferença entre a quantidade de calor que o gás troca com o meio externo e o trabalho realizado/sofrido pelo gás durante a transformação.
Escreva a equação da 1a lei da termodinâmica, explicitando cada termo.
ΔU = Q - W;
ΔU = variação da energia interna de um gás.
Q = quantidade de calor que o gás troca com o meio externo.
W = trabalho realizado/sofrido pelo gás.
Qual é a unidade de variação de energia interna do gás ΔU, Q e W, no SI?
As três grandezas são medidas em J (Joule).
Se o gás absorveu calor ao longo de uma transformação, a quantidade de calor trocada Q é positiva ou negativa? E se o gás cedeu calor para o ambiente?
Gás absorveu calor: Q > 0.
Gás cedeu calor: Q < 0.
Se o gás realizou trabalho ao longo de uma transformação, esse trabalho W é positivo ou negativo? E se o ambiente realizou trabalho sobre o gás?
Gás realizou trabalho: W > 0.
Gás sofreu trabalho (ou seja, o ambiente realizou trabalho sobre o gás, comprimindo-o): W < 0.
Se a temperatura de um gás aumenta ao longo de uma transformação, a variação de energia interna é positiva ou negativa? E se a temperatura cair?
Quando maior a velocidade das moléculas que compõem o gás, maior a sua energia interna. Essa velocidade será maior quanto maior for a temperatura desse gás, ou seja:
ΔT > 0 : ΔU > 0
ΔT < 0 : ΔU < 0.
Qual é a variação de energia interna de um gás em uma transformação isotérmica?
A energia interna U de um gás ideal é diretamente proporcional a sua temperatura. Nas transformações isotérmicas, a temperatura é constante, logo, a energia interna também. Então:
ΔU = 0.
Nesse caso, o calor trocado pelo gás com o meio é igual ao trabalho realizado/sofrido pelo gás: Q = W.
Qual é a variação de energia interna de um gás ao completar um ciclo termodinâmico (ou seja, seu estado final coincide com o inicial)?
Ao término de um ciclo, a temperatura final do gás será a mesma que a inicial. Como a energia interna U de um gás ideal é diretamente proporcional a sua temperatura:
ΔU = 0.
Nesse caso, o calor trocado pelo gás com o meio durante todo o ciclo (Q absorvido + Q cedido) é igual ao trabalho realizado/sofrido pelo gás (W realizado + W sofrido): Q = W.
Qual é a expressão da variação da energia interna de um gás ao longo de uma transformação isocórica?
Nas transformações isocóricas ou isovolumétricas, a variação de volume do gás é nula. Ou seja, o gás nem realizou trabalho (expandindo-se, como acontece quando empurra um êmbolo) nem sofreu (sendo comprimido por um êmbolo, por ex.):
ΔU = Q - W, como W = 0
ΔU = Q
Qual é a expressão da variação da energia interna de um gás ao longo de uma transformação adiabática?
Nas transformações adiabáticas o gás não troca calor com o meio externo. Sendo assim:
ΔU = Q - W, como Q = 0
ΔU = - W
Escreva a expressão matemática do trabalho realizado/sofrido por um gás em uma transformação isobárica, em função da pressão p do gás e sua variação de volume ΔV.
W = p.ΔV;
SI: p em Pa ou N/m2 e ΔV em m3.
Escreva a expressão matemática do trabalho realizado/sofrido por n mols de um gás ideal em uma transformação isobárica, em função da variação de temperatura ΔT do gás.
W = p.ΔV = n.R.ΔT;
SI: ΔT em K.
Escreva a expressão matemática do trabalho realizado/sofrido por n mols de um gás ideal em uma transformação isotérmica, em função da temperatura T e dos volumes final VB e inicial VA do gás.
W = n.R.T.ln(VB/VA)
Escreva a expressão do calor trocado entre um gás e o meio externo em uma transformação isocórica, em função da variação de temperatura ΔT do gás.
Q = n.cvΔT;
onde cv é o calor específico molar do gás sob volume constante.
Escreva a expressão do calor trocado entre um gás e o meio externo em uma transformação isobárica, em função da variação de temperatura ΔT do gás.
Q = n.cpΔT;
onde cp é o calor específico molar do gás sob pressão constante.
Escreva a expressão do calor específico molar de um gás monoatômico ideal sob volume constante cv em função da constante dos gases perfeitos R.
ΔU = Q - W; isocórico (volume constante): W = 0
3/2 n.R.ΔT = n.cvΔT
Logo:
cv = 3/2 R
Qual a relação entre as pressões e volumes iniciais e finais de um gás ideal submetido a uma transformação adiabática, em função de seu coeficiente de Poisson γ?
Qual a equação do rendimento de uma máquina térmica em função do trabalho W realizado pelo gás e do calor Qquente absorvido pelo gás na(s) fonte(s) quente(s), em um ciclo completo?
Qual a equação do rendimento de uma máquina térmica em função da quantidade de calor absorvida pelo gás na(s) fonte(s) quente(s) Qquente e da quantidade de calor cedida pelo gás na(s) fonte(s) fria(s) Qfria em um ciclo completo?
Explique, com as suas palavras, o que é o ciclo de Carnot de uma máquina térmica?
O ciclo de Carnot é um ciclo termodinâmico idealizado (não é possível de ocorrer na realidade) de uma máquina real, em que seu rendimento alcançaria um valor teórico máximo.
Esse ciclo foi inicialmente proposto pelo físico e engenheiro militar Nicolas Léonard Sadi Carnot no ano de 1824. Ele pode ser representado por uma seqüência de transformações gasosas onde uma máquina térmica tem o seu rendimento máximo operando em ciclos, diante de duas fontes térmicas. Carnot mostrou que quanto maior a temperatura da fonte quente, maior seria seu rendimento para uma substância que se comportasse como um gás ideal.
O ciclo de Carnot é constituído de 4 transformações em sequência, conforme mostra a figura: i) expansão isotérmica (fonte quente); ii) expansão adiabática; iii) compressão isotérmica (fonte fria); iv) compressão adiabática.
Qual a equação do rendimento de uma máquina térmica que opera em Carnot, em função da quantidade de calor absorvida pelo gás na fonte quente Qquente e da quantidade de calor cedida pelo gás na fonte fria Qfria?
Essa equação de rendimento de máquinas térmicas pode ser aplicada tanto em ciclos reais quanto em ciclos de rendimento teóricos máximos, ou seja, Carnot.
Qual a equação do rendimento de uma máquina térmica que opera em Carnot, em função da temperatura da fonte quente Tquente e da temperatura da fonte fria Tfria?
É possível que o rendimento teórico máximo (Carnot) de um motor a vapor seja de 100%? Explique.
Não, pois violaria a 2a lei da termodinâmica, em que explicita a impossibilidade de converter integralmente, sem quaisquer efeitos externos, o calor absorvido pelo gás em trabalho.
No mais, observando a equação do rendimento de máquinas térmicas em Carnot (ver figura), para o rendimento ser 100%, a temperatura da fonte fria deveria ser 0 K, o que impossível, ou ainda, a temperatura da fonte quente deveria ser infinita.
Qual a equação de eficiência de uma máquina refrigeradora que opera em Carnot, em função da temperatura da fonte quente Tquente e da temperatura da fonte fria Tfria?
